Информационная поддержка швартовки судна к причалу с измерителем параметров сближения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Как показали экспериментальные исследования на эксплуатируемых контактах, в случае соединений меди с медью соединения без смазок работают долгое время без заметного ухудшения характеристик.

Выводы

Приведенные в статье данные по состоянию контактов питающих электрических колонок на территории порта, а также вычисления проведенные на математических моделях переходных сопротивлений позволяют сделать следующие выводы: для того чтобы обеспечить требуемую долговременную работоспособность контактных соединений (электрических колонок) необходима периодическая механическая обработка контактной поверхности (приведена величина временного промежутка обработки контактов); обоснована температурная нагрузка на контакты с целью обеспечения длительной их работоспособности; рассмотрено воздействие морской агрессивной среды.

Применение указанных выше рекомендаций будет способствовать повышению надежности контактных соединений и увеличению их ресурса использования.

Литература:

1. Контактные соединения. ГОСТ 10434 — 82.

2. Дзекцер Н.Н., Висленев Ю.С. Многоамперные контактные соединения. — Л: Энергоатомиздат, 1987.

3. Дзекцер Н.Н., Книгелъ В.А., Саргсян Л.Г. Монтаж контактных соединений в электроустановках. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1995.

4. Совершенствование диффузионно-окислительной модели износа многоамперных контактов низковольтной части портовой электросети. Лицкевич С.А., Лицкевич А.П. Материалы научно-технической конференции. Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на юге России, Новороссийск: РИО МГА им. адм. Ф.Ф.Ушакова, 2014

5. Н.К.Мышкин, В.В.Кончиц, М.Браунович. Электрические контакты: Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008 г.

УДК 629.7.019.3:62-496.003

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ШВАРТОВКИ СУДНА К ПРИЧАЛУ С ИЗМЕРИТЕЛЕМ ПАРАМЕТРОВ СБЛИЖЕНИЯ

Росторгуева Н.Ю., к.т.н., ст. преподаватель, ФГБОУ ВПО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»,

e-mail: rostorgueva.nata@mail.ru

Юсупов Л.Н., к.т.н., доцент, ФГБОУ ВПО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», e-mail: leonid.

radio@mail.ru

В статье исследуются вопросы информационной поддержки судоводителя при швартовке судна к причалу с измерителем параметров сближения. Представлен анализ скоростных параметров в процессе швартовки. Особенностью исследования является предложение варианта индикатора безопасности как интеллектуальной помощи судоводителю. Дана количественная оценка эффективности использования индикатора безопасности. Сделаны выводы о том, что наличие индикатора безопасности поможет судоводителю принять своевременное решение о регулировании увеличившейся по скорости сближения, снизив тем самым вероятность завершения швартовки со скоростью, превышающей допустимую в момент касания причала.

Ключевые слова: информационная поддержка; индикатор безопасности; система поддержки решений; количественная оценка; эффективность.

INFORMATION SUPPORT OF THE MOORING BERTH WITH THE METER

SETTINGS CONVERGENCE

Rostorgueva N., Ph.D., head lecturer, FSEIHPE «Admiral Ushakov Maritime State University», e-mail: rostorgueva.nata@mail.ru, Yusupov L., Ph.D., assistant professor, FSEI HPE «Admiral Ushakov Maritime State University», e-mail: leonid.radio@mail.ru

The article examines the issues of information support of the skipper when mooring the vessel to berth with meter settings rapprochement. The analysis of the MSE-speed-data during mooring. A feature of the research is the proposal by the security options for indicators as an intellectual of the skipper. A quantitative evaluation of the effectiveness of using the security indicator. The conclusion is made that the presence of the security indicator helps the skipper to take a timely decision on the regulation of the increased speed of convergence, thereby reducing the likelihood of completion of the mooring at a speed exceeding the allowable moment of contact in the dock.

Keywords: information support; safety indicator; system of support of decisions; quantitative assessment; efficiency.

Вопросы обеспечения безопасности на морском транспорте охватывают самые широкие стороны этой сферы деятельности. Внедряются высокоточные навигационные спутниковые системы, повышается надёжность технических средств судовождения, устанавливаются дополнительные системы охраны судна и удалённого наблюдения за ним [1]. Сказанное можно отнести и к повышению безопасности швартовки судна к причалу.

Так, администрация порта Новороссийск и портовые власти постоянно уделяют внимание технологическим процессам, связанным со швартовкой крупнотоннажных судов. Исследования процесса швартовных операций в нефтерайоне порта Новороссийск показывают, что принимаемые меры хотя и снижают уровень аварийности, но вопрос безопасности остаётся актуальным [2]. Это обусловлено многими факторами, в том числе, слабой информированностью судоводителя о текущих параметрах швартовки, а так же низкой точностью визуального, на большинстве причалов, определения человеком-оператором (судоводителем) расстояний от борта судна до границы опасности [3].

Известно, что за последние двадцать пять - тридцать лет на судовом мостике появилось много новых навигационных приборов [4]. Конечно, все эти приборы позволяют вести судно с большей уверенностью и безопасностью, но и требуют больше внимания от судоводителя. Поэтому очень важно иметь такие технические средства, которые бы являлись системами интеллектуальной поддержки принятия решений, помогающие судоводителю (капитану, лоцману...) оперировать текущей информацией, и предоставлять ему результаты обработки баз данных, например, в визуализированном виде, облегчающем маневрирование. Техническим вариантом такого решения в задаче швартовки может быть динамическая система - индикатор безопасности, представляющий собой техническое средство, которое:

- оперирует данными измерений реальных параметров местоположения швартуемого судна, определяемые лазерной системой швартовки крупнотоннажных судов (ЛСШКС);

- получает и обрабатывает текущую информацию об изменении этих параметров;

- выдает оператору-судоводителю в наглядном виде назревание и развитие опасной ситуации, ведущей к возможному навалу [5]. Важную роль в предупреждении аварийности в процессе швартовных операций играет анализ причин возникновения аварий. Поэтому ниже рассматривается процесс швартовки судна со скоростью, потенциально допускающей навал на причал.

При моделировании опасной ситуации, будем исходить из необходимости учёта ошибок человеческого фактора, поскольку процент аварий по вине судового экипажа высок и составляет около 80 % [7]. В качестве объекта исследования выбран причал №1 нефтегавани «Шесхарис» порта Новороссийск. Этот причал предназначен для швартовки к нему крупнотоннажных танкеров и оборудован лазерной системой контроля параметров швартовки, стоянки и отхода. В данной работе ведётся анализ только параметров швартовки, таких, как расстояние до причала и скорости сближения оконечностей судна с ним.

В соответствии с портовыми документами [10] вводится ряд ограничений на возможность швартовки к причалу №1, касающихся гидрометеорологических параметров, скорости судна в момент контакта с рассматриваемым причалом, которая должна быть не более 8 см/сек. На основе анализа статистики швартовок с использованием системы лазерной дальнометрии "ООСКМЛ8ТБК" за время её эксплуатации в нефтегавани «Шесхарис» построены диаграммы скоростей первого (VI) и второго (¥2) касания оконечностей судна причала (рис. 1).

Количество швартовок,

VJ-S

V2<8 Vl>8 V2<8

VI <s V2>8

VJ>8

Л 1=0 VI*V2 V2>8

12 3 4

Номер ситуации Рис. 1. Классификация скоростных параметров швартовок.

Из рисунка 1 видно, что первой ситуации соответствует 43,75% швартовок, когда скорость оконечностей судна ниже допустимой. Здесь же отмечены случаи, когда оконечности судна касаются причала одновременно, имея разные скорости ниже 8 см/сек; их процентное соотношение составляет 6,25% от общего числа проанализированных швартовок. Два средних столбца соответствуют касанию причала одной из оконечностей судна со скоростью выше рекомендованной, а другой - ниже. Опасной является ситуация, в которой первой коснулась причала оконечность со скоростью ниже 8 см/сек; в этом случае судоводитель мог убедиться в правильности своих действий и не обратить особого внимания на другую оконечность судна, которая коснулась причала с повышенной скоростью. И, наконец, крайний правый столбец соответствует касанию причала обеими оконечностями со скоростью более 8 см/сек, т.е. происходит нарушение условий, отмеченных в нормативном документе [10]. Таким образом, анализ описанных ситуаций позволяет определить, что вероятность сближения с причалом хотя бы одной оконечности судна с чрезмерной скоростью составляет 0,5625.

Как отмечено выше, портовые документы ограничивают скорость сближения судна с причалом, поэтому дальнейший анализ будет проведён относительно именно этого параметра швартовки. На рисунке 2 показан график характерного изменения скорости по мере приближения к причалу на примере судна «Lucky Sailor».

Из этого рисунка видно, что скорость снижается не монотонно, а с некоторыми колебаниями относительно построенной линии тренда изменения скорости. Отклонения от линии тренда, оперируя терминами теории управления, удобно назвать возмущениями. Такой характер

Скорость,

см/сек 45

40

3:5

30

25

20

15

10

j

О -5

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Время швартовку сек

- Реальная скорость - - - Тренд скорости

Рис. 2. Изменение скорости в процессе швартовки

r \

k \

\

\

Г 4 /

\ * - f- —4

v / \ у Л-

J

возмущений обусловлен многими факторами, имеющими случайный характер: управляемость буксиров, участвующих в швартовке, инерционность швартуемого судна, мгновенные проявления гидрометеорологических факторов, в первую очередь, порывы ветра, волнение и локальные течения и турбулентности, человеческий фактор как совокупность действий всех участников процесса швартовки. Именно на последнем факторе стоит остановиться подробнее.

Вероятнее всего, что в отсутствии возмущений швартовка проходила бы так, как это показывает линия тренда, и проблемы с превышением ограничивающей скорости не было бы. В реальности появляющиеся возмущения, в первую очередь те, которые приводят к увеличению скорости сближения с причалом, вынуждают судоводителя, осуществляющего швартовку, принимать контрмеры, чтобы вернуть скорость к допустимому значению. Более того, трудно рассчитать время, необходимое для устранения появившегося возмущения. Отсюда видно, что от судоводителя, принимающего решение, во многом зависит исход швартовки. Понятно, что чем ближе судно находится к причалу, тем острее эта проблема. Для того, чтобы предложить судоводителю информацию относительно возможности погасить возросшую скорость до момента касания причала, необходимо располагать данными по возникающим возмущениям.

В этой связи на основе документированной информации системы "БОСКМЛБТБК" проведён статистический анализ возмущений скорости швартовки на разных удалениях судна от причала. Целью исследований являлось предоставление судоводителю информации относительно среднестатистического времени на устранение возмущения и вероятной оценки касания причала с повышенной скоростью.

В ходе анализа была сформирована математическая модель вероятностной оценки сближения с причалом, учитывающая среднестатистическое время, необходимое для осуществления цикла регулирования возмущённой скорости для её возврата к линии тренда [5]:

(и

т у

Цр ср

/ = 1

- А-

1-е

— Тцр. V г

Тцр,

I

Тцр

г +1

1

2'

о

цр

# л/2^ цр

сЫ

. (1)

В основу модели заложена репрезентативная выборка из генеральной совокупности базы данных возмущений скорости сближения судна с причалом. Модель является адаптивной к дистанции до причала. Особенностью моделирования является учёт в модели человеческого фактора, заключающегося в том, что реакция судоводителя на возникшее возмущение может быть с некоторой задержкой. Последствия этой задержки опасны тем, что времени для ликвидации возмущения скорости может не хватить, если судно находится вблизи причала, а это влечёт за собой навал на него. Графический результат в виде трёхмерной модели вероятности швартовки с повышенной скоростью касания причала Q(t,D) в зависимости от времени (?) задержки принятия решения судоводителем относительно ликвидации возмущения скорости сближения с причалом и удаления от причала D, приведён на рисунке 3.

Рис. 3. Вероятность касания причала с повышенной скоростью

Следствием проведённого анализа, явилось предложение варианта индикатора безопасности как интеллектуальной помощи судоводителю [5]. Представляет интерес количественная оценка полезности этого предложения. В качестве сравниваемой величины удобно применить вероятность превышения скорости касания причала традиционным способом и с применением упомянутого индикатора.

Первая часть задачи уже рассмотрена и вычислена вероятность аварийной швартовки судна к причалу, которая составила 2,049'" 10-3 [9]. Что касается второй части, т.е. оценки эффективности использования индикатора безопасности, то следует обратиться к вероятностной модели вида (1). Использование судоводителем рекомендаций индикатора означает, что его время на оценку ситуации будет сведено к минимуму, реально это время составит несколько секунд. В таком случае, легко получить вероятность касания судном причала с повышенной скоростью, причём с учётом дистанции до причала и для разного времени принятия судоводителем-лоцманом решения (рис. 4).

Анализ полученных зависимостей показывает, что индикатор безопасности эффективен при удалении от причала примерно на 8 метров, снижая вероятность незавершения регулирования выбросов скорости сближения с причалом и тем самым повышая безопасность швартовки.

На первый взгляд, может показаться, что эффективность индикатора мала, поскольку не захватывает наиболее опасный диапазон удалений от причала - от нуля до 8.. .10 метров. Однако, это не так. Статистический анализ возмущений скорости швартовки показывает, что в этом диапазоне удалений от причала, снизить скорость до допустимого значения вследствие огромной инерционности швартуемых танкеров крайне сложно и маловероятно. Необходимо предпринимать меры для её урегулирования раньше, на больших удалениях, где это и не очевидно. Именно в этом, по-видимому, кроется причина навала на причал. Здесь, на удалениях в 15.20 метров от причала (а, возможно, и ещё раньше) необходимо дать судоводителю-лоцману сигнал об опасности, указать, что если не предпринять действий к снижению скорости до допустимой величины именно сейчас, то впоследствии может не хватить времени для этой операции.

Наглядной иллюстрацией эффективности использования индикатора безопасности является следующий график, показывающий, во сколько раз снижается риск швартовки с повышенной скоростью с использованием индикатора (рис.5).

8 10 12 14 16 18

Дистанция до причала, м

Рис. 4. Вероятность швартовки с повышенной скоростью; сплошные линии - с использованием индикатора безопасности: 1 - время принятия решения 1 сек; 2 - время принятия решения 5 сек; 3 - время принятия решения 10 сек; пунктир - отсутствие индикатора безопасности

Эффективность

индикатора 700

500

100

16 18 Расстояние до причала, м

Рис. 5. Эффективность использования индикатора безопасности

Подводя итог исследованию, можно сделать вывод о том, что наличие индикатора безопасности поможет судоводителю-лоцману принять своевременное решение о регулировании увеличившейся по каким-либо причинам скорости сближения, снизив тем самым вероятность завершения швартовки со скоростью, превышающей допустимую в момент касания причала.

Литература:

1. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н. Вариативность качества обмена информацией с морским объектом через спутники с адаптивной диаграммой направленности антенн в системе INMARSAT. Транспортное дело России №4, 2014 г.

2. Ерыгин В.В. Радиоэлектронные средства обеспечения безопасности швартовки крупнотоннажных судов в задаче снижения роли человеческого фактора (канд. дисс.). Новороссийск, РИО МГА, 2005 г.

3. Карбовец Н.В. Надежность морской телекоммуникационной эрготехнической системы управления швартовкой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новороссийск, 2006 г.

4. Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы. Одесса, Феткс, 2004 г.

5. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Система интеллектуальной поддержки решений лоцмана в задаче безаварийной швартовки судна. Статья, Известия высших учебных заведений Северо-Кавказский Регион. Технические науки. Спец. Выпуск. Ростов-на-Дону. РГУ, 2008 г.

6. Росторгуева Н.Ю. Анализ информационных параметров лазерной системы швартовки. Статья, Вестник ГМУ им. Адмирала Ф.Ф. Ушакова №1 (1). Новороссийск, 2012 г.

7. Плонская Т.В., Плонский А.Ф. Человеческий элемент - первопричина морских катастроф. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». Ч.1, 2006 г.

8. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Компьютерное моделирование аварийной ситуации при швартовке судна в условиях дестабилизирующих возмущений. // Сборник научных трудов ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» № 12.

9. Карбовец Н.В., Демьянов В.В. Прогнозирование возникновения критической ситуации в эргатической системе на примере швартующегося судна. // Сб. научных трудов НГМА. Вып. 9. Новороссийск. РИО НГМА, 2004 г.

10. Сборник обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск (с приписным портопунктом Анапа) и морскому торговому порту Геленджик. Морская Администрация порта Новороссийск, 2005 г.

УДК 656.612

ОЦЕНКА УВЕЛИЧЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ВСЛЕДСТВИЕ СТАРЕНИЯ

МОРСКОГО СУДНА

Фунтусов А.А., к.т.н., доцент кафедры управления морским транспортом, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет им. адмирала Г. И. Невельского», тел.: +7 (924) 232-91-08, e-mail: ilim81@yandex.ru

Одним из негативных последствий старения морского транспортного судна, наряду с ростом затрат на техническое обслуживание и ремонт, является увеличение расхода топлива. Это обстоятельство имеет существенное значение для судовладельца, так как расходы на топливо могут составлять до 50% от общей суммы расходов, связанных с эксплуатацией морских транспортных судов. Несмотря на это, в литературе отсутствуют работы, в которых давалась бы хотя бы приближенная количественная оценка увеличения расхода топлива на морских судах по мере их старения. Цель данной статьи - восполнить указанный недостаток. Согласно полученным оценкам, вследствие увеличения шероховатости корпуса и физического износа главного двигателя судно возрастом 15 лет, двигаясь с той же скоростью, будет затрачивать на 30% больше топлива, чем в первый год его эксплуатации.

Ключевые слова: морское судно, старение, расход топлива

AN ESTIMATE OF THE INFLUENCE OF SHIP'S AGE ON THE BUNKER FUEL

CONSUMPTION

Funtusov A., Ph.D., assistant professor, Maritime management chair, FSEIHPE «Maritime State University named after admiral G.I.Nevelskoi»,

tel.:+7 (924) 232-91-08, e-mail: ilim81@yandex.ru

This paper provides a rough quantitative estimate of the impact of ship's age on ship's fuel consumption. The results suggest that due to increased hull roughness and engine deterioration, a 15-year-old vessel operating at the same speed consumes about 30% more fuel oil than at the time of her maiden voyage.

Keywords: ship's age, hull roughness, fuel consumption

Одним из негативных последствий старения морского транспортного судна, наряду с ростом затрат на техническое обслуживание и ремонт, является увеличение расхода топлива. Это обстоятельство заметно отражается на экономической эффективности эксплуатации судов, так как расходы на топливо могут составлять до 50% от общей суммы издержек судовладельца.

Чтобы понять причины увеличения расхода топлива с возрастом судна и попытаться оценить это увеличение количественно, выразим часовой расход топлива О в следующем виде:

,

(1)

где Р - эффективная мощность двигателя и О - эффективный удельный расход топлива в главном двигателе судна.

Согласно (1), увеличение расхода топлива может происходить как за счет увеличения величины Р, так и за счет увеличения величины О. В действительности же в результате физического износа морского судна происходит одновременно и то, и другое.

Причиной роста величины Р по мере старения судна является увеличение шероховатости наружной обшивки корпуса вследствие его коррозионного износа. За первые 15 лет службы судна шероховатость его корпуса увеличивается приблизительно со 100 - 150 мкм до 500 - 800 мкм [1, с. 161]. Это приводит к значительному увеличению вязкостного сопротивления потока воды, обтекающего корпус судна при его движении [2, с. 79]. Вследствие этого мощность, которую должен развивать судовой двигатель для поддержания заданной скорости хода, возрастает [3, с. 115].

Относительное увеличение ДР/Р мощности двигателя на валу из-за увеличения шероховатости корпуса судна (танкера) можно приближенно оценить по следующей формуле [4]:

АР

" " (2)

0,3

1

R

+ 0,7

1+^R

R

-1,

где Дй/й - относительное увеличение силы сопротивления движению судна при увеличении шероховатости его корпуса, которое определяется по формуле

1

— = 0,044 R

/ t л ki 3 i t \ k±

L L

(3)

где к1 и к2 - соответственно первоначальная и конечная шероховатость корпуса (мкм), Ь " длина судна между перпендикулярами

(мкм), СТ " коэффициент полного сопротивления, который приближенно может быть принят равным 0,018Ь~1/3 (где Ь выражено в метрах).

Согласно сказанному выше предположим, что шероховатость корпуса нового судна составляет в среднем 120 мкм и за 15 лет эксплуатации увеличивается линейно до 600 мкм. Другими словами, положим в формуле (3) к1 = 120 и к2 = 120 + 32t, где t" возраст судна. Тогда для Ь = 150 м зависимость величины ДР/Р от возраста судна будет иметь вид, изображенный на рис. 1.

Рис. 1. Относительное увеличение мощности двигателя на валу вследствие роста шероховатости корпуса судна по мере его старения (оценка автора)

Как видно из рисунка, в возрасте 15 лет для поддержания той же скорости хода судовой двигатель должен развивать в среднем на 11% большую мощность, чем в первый год эксплуатации судна.

Причиной увеличения удельного расхода О топлива по мере старения судна является физический износ судового двигателя. К сожалению, оценить это увеличение количественно весьма трудно. Несмотря на обширную литературу, посвященную вопросам технической эксплуатации судовых двигателей, автору не удалось найти в специальной литературе работ, в которых давалась бы количественная оценка удельного расхода топлива в зависимости от возраста двигателя судна (именно возраста двигателя, а не его наработки с момента окончания последнего ремонта).

Грубую оценку зависимости удельного расхода топлива от воз-