CC BY
16УДК 627.748:621.879.45
Н. Н. Борисов, доцент.
B. А. Кутыркин, д. т. п., профессор.
C. Н. Борисов, студент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ МОЩНОСТИ СУДОВ-БУКСИРОВЩИКОВ НЕСАМОХОДНЫХ ЗЕМСНАРЯДОВ
# статье предлагается методика обоснования оптимальной мощности судов-буксировщиков несамоходных земснарядов, основанная на получении максимальной прибыли от работы земснаряда. Методика позволяет определить оптимальную мощность буксировщика для конкретных условий эксплуатации любых земснарядов.
В настоящее время в состав основного ядра действующего дноуглубительного флота Департамента внутренних водных путей (ДВВП) входит достаточно большое количество несамоходных земснарядов как землесосных, так и многочерпаковых. Имеются также несамоходные одночерпаковые снаряды. Кроме того, в сетку судов технического флота на перспективу включены несамоходные землесосные снаряды производительностью по грунту' (} = 300 и 700 мЗ/ч и многочерпаковые - 100 и 400 мЗ/ч. Эффективность работы этих земснарядов во многом зависит от мощности судов-буксировщиков, доставляющих их к месту работы. Как показал анализ статистических данных за несколько последних лет, а также сведений из литературы, среднее время буксировки земснарядов к месту работы в течение навигации составляет 6-8 % от навигационного. В последнее время по разным причинам наметилась тенденция сокращения навигационного времени земснарядов. Следовательно, эффективное использование этого времени имеет важное значение. Для сокращения времени буксировки можно применять более мощные буксирные суда, однако при этом следует сопоставлять зачраты на ускорение буксировки с эффектом, получаемым от сокращения простоя земснаряда.
В настоящее время в составе действующего флота ДВВП имеется большое число самых различных по своим техническим характеристикам судов-буксировщиков (табл. 1). Это свидетельствует об отсутствии единого подхода к выбору их характеристик как судов-буксировщиков дноуглубительных снарядов. Об этом же говорят данные о потребности Государственных бассейновых управлений водных путей и судоходства (ГЬУВП и С) в судах-буксировщиках на 2002-2012 гг., приведенные в табл. 2.
В данной работе предлагается один из вариантов обоснования мощности буксировщиков, оптимальной для конкретного состава земкаравана, в который могут входить сам земснаряд, грунтопровод у землесосных снарядов, брандвахта у земснарядов. не имеющих жилых помещений, шаланды у многочерпаковых снарядов и мотозавозня.
Следует заметить, что помимо буксировки земснарядов эти суда используются в течение навигации также и на других работах - изысканиях, обстановке, дноочище-нии, выправительных работах, ремонте гидросооружений и т. д. Поэтому при определении мошности буксировщиков этот фактор учитывается путём введения коэффициента, характеризующего долю затрат времени на обслуживание буксировщиком землечерпательных работ от общего навигационного времени судна.
Вариант буксировщика с оптимальной мощностью соответствует максимальной прибыли, получаемой от работы земснаряда, с учетом затрат на обслуживающий его буксировщик.
Математическая модель этого критерия может быть записана в виде выражения
П = Д - (ЗЗ.С. + ЗБУКС) -» тах, (1)
где Д - доходы от работы земснаряда;
ЗЗ.С. - приведенные затраты по земснаряду;
ЗБУКС - приведённые затраты по буксировщику.
Таблица 1
Суда-буксировщики несамоходных земснарядов ДВВП
№ проекта Мощность, л. с. [кВт] Класе РРР Количество Примечания
Р-33 А(Б) 600 [440] «О» («Р»лёд) 16 2x6 НВД 26А-2
81172 600 [440] «О»
Р- 121 450 [330] «0» 42 2x6 ЧНСП 18/22
397 380 [2801 «0»
911 Б(В) 380 [280] «Р» 57 2хб ЧНСП 18/22 (2x6 НВД 26-2)
Р % (А) 150 [110] «Р» 24 1x3 Дб (3 Д12)
861 А(Б) 150 [НО] «Р» 29 1x3 Д6
14701 150 Г1101 «Р»
433 150 [1101 «О»
РМ - 376 150 [110] «О» 216 1 хЗ Д6 (6Л 160ПНС)
РВН - 3764 150 [110] «О»
РВН-376 150 [ПО] «О»
Р 14 (А) 450 [330] «Р»(«Р»лёд) 24 2x6 ЧНСП 18/22
Т63 (1606) 150 [НО] «О» 59 1*3 Д6(3 Д6Н)
378 300 [220] «О» 8 2x3 Д6
Рассмотрим, как зависят величины, входящие в выражение (1), от мощности буксировщика (прямо или косвенно).
Доходы могут быть определены как
Д = </х №ГР,
где й - средняя доходная ставка 1 м3 вынутого грунта, руб/м3;
ИТР - объём фунта, вынутого за навигацию, м3.
ё = КРЕН х СГР,
где СГР - себестоимость 1 м3 грунта, руб/м3;
КРЕН - коэффициент рентабельности. Для государственного предприятия, если прибыль не планируется, КРЕН — 1.
Объём вынутого грунта
\УГР = 24 х ОтГР х КИР х КВр х ТН = 24 х <}тГР х КПР х ТР,
где ОтГР - техническая производительность земснаряда по грунту, м3/ч;
КПР - коэффициент снижения технической производительности земснаряда;
КВр - коэффициент использования земснаряда по времени;
ТН - продолжительность навигационного периода, сут.;
ТР - продолжительность рабочего времени земснаряда за навигацию, сут.
Таблица 2
Потребность ГБУВПи Се судах-буксировщиках на 2002-2012гг
ГБУВП и С Проект Класс РРР Мощность, кВт Потребность
аналог действ.
Волжское Р 103 - О 220 9
Камское 887 А - О 440 2
Р 376 - О 110 1
Р14 - Р 330 1
911 Б - Р 220 1
РЗЗ Б - О 440 1
1587 - О 440 1
Северо- Р 14 - Р 330 4
двинское 911 В - Р 220 6
861 А - Р 110 4
Волго-Балт Р 47 А - О 440 1
1606 - Р 150 1
911 В - Р 220 1
891 Б . О 165 1
- 81510 О 660 1
- 81350 Р 220 1
Обское 1741 А - Р 440 3
Обь- 1741 - Р 460 2
Иртышскос Р 14 - Р 330 1
Байкало- - 81350 Р 220 1
Ангарское - О 440 1
• - О 220 2
- - Р 110 2
Ленское - 81170 О 440 6
Амурское 758 АМ 911 Б - О р 800 300 !• |
Беломоро- Онежское - СО 7521 М-пр 1050 1
ТР = ТН - (ТПР + ТПЕР + ТСЛ) - ТБУКС,
где ТПР - продолжительность производственных остановок земснаряда за навигацию,
сут;
ТПЕР - продолжительность периодических остановок земснаряда за навигацию,
сут;
ТСЛ - продолжительность случайных остановок земснаряда за навигацию, сут; ТБУКС - продолжительность буксировок земснаряда за навигацию, сут. Обозначим
7ПР + 7ПЕР + 7СЛ = ГОСТ,
ГОСТ/ '/Н = КОСТ,
где ГОСТ - продолжительность остановок земснаряда за навигацию, сут;
КОСТ - коэффициент остановок земснаряда за навигацию.
Отклонения затрат времени на остановки в течение навигации за последние 0-15 лет незначительны [2], они мало зависят от мощности буксировщика и поэтому можно принять КОСТ = 0,27.
Время буксировок можно выразить через среднее расстояние буксировки земка-равана за навигацию ЬБУКССР (м) и среднюю скорость буксировщика УБУКССР (м/с)
7БУКС = УБУКССР/ УБУКССР
Средняя скорость буксировки КБУКССР зависит от мощности буксировщика УБУКС и сопротивления земкаравана ЖАРС
УБУКССР = ИБУКС/ Ш<АРС х л В х л ПЕР, где МэУКС - мощность главных двигателей буксировщика;
г)В- к.п.д. винта;
77ПЕР - к.п.д. передачи мощности от двигателя к движителю.
В свою очередь сопротивление земкаравана зависит от скорости буксировки
ЛКАРС = ЛКАРСОПР х (ТБУКССР)2,
где ККАРСОПР - коэффициент сопротивления земкаравана, численное значение которого зависит от размеров судов, входящих в земкараван, и способа их учалки [4].
Коэффициенты сопротивления отдельных судов, входящих в состав земкаравана, а также суммарный коэффициент сопротивления каравана могут быть определены по методике, изложенной в работе [4]. В первом приближении для оценки значений коэффициентов сопротивления КСОПР отдельных судов могут быть предложены следующие выражения:
> землесосные снаряды
КСОПР = Ь (2,49Т + 1,78В) + 17,85 У2/3
> многочерпаковые снаряды
КСОПР = I (2,5Т + 1,66В) + 6.5 У2/3
> шаланды
КСОПР = I. (2,ЗЗТ + 1,19В) + 1,28 У2/3
> мотозавозни
КСОПР = I. (2Т + 1,21В) + 1,05 У2/3
> брандвахты металлические
КСОПР = I. (2,62Т + 1,63В) + 5,42 У2/3
> брандвахты железобетонные
КСОПР = МЗ,1Т- 2,2В) + 13,34 У2/3
В этих выражениях
Ь,В, Т- расчетные размеры судна - соответственно длина, ширина и осадка, м;
V - водоизмещение судна в буксируемом состоянии, т.
Тогда
у БУКС_ ;^Букс кср -з ^Хр~хт1вхЛпер
■ СОПР
г БУКС
Г - СР
1 г
БУКС “ ~ТГу:'^--------
I •*’ БУКС ^ЬКАР-^^ЛПЕР V ЛСОПР
Здесь РБУКССР [м/с], МБУКС [Вт], УБУКССР [м], 7БУКС [с], ЛКАРСОПР [кг/м].
При подстановке в формулу Л/БУКС [кВт], 1БУКССР [км] и 7БУКС [сут] она примет вид
Следовательно, зависимость доходов от работы земснаряда в функции от мощности буксировщика выглядит следующим образом
Средняя дальность буксировки £.БУКССР может быть определена в результате обработки статистических данных по отчётам о работе того или иного типа земснаряда в течение ряда навигаций в конкретном ГБВУП и С.
Коэффициент снижения технической производительности КПР для всех типов земснарядов, используемых на внутренних водных путях по многолетним данным [2] колеблется в пределах КПР = 0,715-0,750 и в среднем составляет КПР = 0,73.
Приведённые затраты по земснаряду определяется по формуле
где аЗС - коэффициент привидения капитальных затрат; согласно исследованиям [3] аЗС может быть принят равным «ЗС = 0,2;
КЗС - капитальные затраты на строительство земснаряда (балансовая стоимость земснаряда), руб.
Величина КЗС может быть оценена в первом приближении по выражению
где тЦ стоимость 1 кг массы земснаряда в ценах рассматриваемого периода, руб/кг; £>ЗС - доковая масса земснаряда, т.
Прямые эксплуатационные затраты по земснаряду можно представить в виде суммы следующих составляющих:
- на топливо;
- на смазку, материалы, износ малоценного инвентаря;
- на зарплату, доплаты, премии, соц. страхование;
- на бесплатное питание;
- на ремонт;
- на зимний отстой.
Расход на топливо определяется по формуле
Т БУКС ^СР
БУКС
X
Тц х О-^ОСТ ) ”
ЗЗС = оЗС X КЗС + ЭРЗС,
КЗС = 103 хмцх £>ЗС,
Э1^ =24хЦгх
^СР
БУКС
(1-косі)х7н-
^БУКС
+<3ОСТх
і^глх^>
864-?,^^ХТ^ХТ'ПЕР
■1 «КАР ' Ї^СОПР
+
[хКостхКОхТН +<ЯВСПХ ^ВСП* КВСПХ % + °КОТх Тц X Ккот
руй
где Цт - цена топлива, руб/кг;
М\Л - мощность главных двигателей земснаряда, кВт;
аР - удельный расход топлива главными двигателями земснаряда в рабочем режиме, кг/(кВт.ч);
аОСТ - коэффициент снижения мощности главных двигателей во время остановок; можно принять аОСТ = 0,06-0,1;
КО -- 7Р.ОСТ/ТОСТ - коэффициент, учитывающий время работы главных двигателей в процессе остановок; можно принять КО - 0,05-0,1;
аВСП - удельный расход топлива вспомогательными двигателями, кг/(кВт.ч);
/УВСП - мощность вспомогательных двигателей земснаряда, кВт;
КВСП - коэффициент, учитывающий время работы вспомогательных двигателей за время навигации, Квсп 1;
аКОТ - норма расхода топлива автономным котлоагрегатом, кг/ч.
Расходы на смазку, материалы и износ малоценного инвентаря могут быть определены по формуле
ЭР2 = [1 + оМС х (аМЦ + 1)] ЭР1, руб,
где аМС - доля расходов на материалы и смазку от расходов на топливо;
аМЦ - доля расходов на износ малоценного инвентаря от расходов на смазку и материалы.
Расходы на зарплату, доплаты, премии и соц. страхование за навигационный период и период вооружения определяются по формуле
где КСОЦ - доля отчислений на социальные нужды;
М - месячный фонд зарплаты команды по должностным окладам, руб; ц - доля доплат, премий, надбавок;
7ВР - продолжительность вооружения-разоружения, сут.
Расходы на бесплатное питание
где аБ.П. - норматив бесплатного питания на I человека в сутки, руб./(сут. х чел); Л - число членов команды.
Расходы на амортизацию и ремонт
где аАМ, аРЕМ - соответственно нормы амортизационных отчислений и отчислений в ремонтный фонд.
ЭР4 = аБ.П. х Л х 7Н, руб,
ЭР5 = 103 х (аАМ + аРЕМ) х тЦ х БЗС, руб.
Расходы по зимнему отстою
ЭРб = КДОП *К’сОЦхКПРОЧ хКоз * — х
где КДОП ~ доля доплат и дополнительной зарплаты в зимний отстой;
К'СОЦ - доля соц. отчислений в зимнем отстое;
КПРОЧ - доля прочих расходов в зимнем отстое;
КОЗ - штатный измеритель по зимнему отстою, чел.
Общие эксплуатационные расходы по земснаряду с учётом прочих, распределяемых и накладных расходов составляют
ЭРзс =(1 + йПРОч)х(1 + аРАСП +аНАКл)*
X (ЭР, + ЭР 2 + ЭР3 + ЭР4 + ЭР5 + ЭР6)
Приведённые затраты по буксировщику определяются по выражению
ЗБУКС= аБУКС х КБУКС+ЭРБУКС, руб,
где аБУКС - коэффициент приведения капитальных затрат;
КБУКС - капитальные затраты по буксировщику, руб;
ЭРБУКС - эксплуатационные расходы по буксировщику, руб.
Как указывалось выше, буксировщики помимо дноуглубления используются на других видах работ. Поэтому капитальные и эксплуатационные затраты по буксировщику рассматривались с учётом этого фактора. С этой целью в расчётные формулы вводится коэффициент, учитывающий время использования буксировщика на обслуживание земснаряда в течение навигации, который равен
гзс
лг ЗС _ I БУКС КБУКС ’
1 н
где 73СБУКС - время использования буксировщика по обслуживанию земснаряда, сут.
, 7БУКС
кс =(1 + Км)х(1 + —)х----------_£■>---------
V 864.зУ^-ХТ1вХ11пЕр V КСОПР
где КМ = 7М/7Х - коэффициент, учитывающий долю маневровых режимов буксировщика 7М от всего ходового времени ТХ;
К V = ШОР/ГГР - коэффициент, учитывающий увеличение скорости буксировщика при движении порожнем УПОР по сравнению со скоростью движения с караваном /-ТР.
Тогда доля капитальных затрат по буксировщику, отнесённых к земснаряду, будет равна
-^БУКС = 103 X К|укр X ТПц х укс,руб,
где £>БУКС - доковая масса буксировщика, т, ОБУ КС может быть выражена в зависимости от мощности буксировщика
Ябукс =(1UxW£4c -82,2)-суда класса"Р","Л";
£>букс = О 9,5 5 х -182) - суда класса" О".
Зависимости получены в результате обработки статистических данных по серийным буксировщикам.
Эксплуатационные затраты по буксировщику:
> затраты на топливо и смазку
ЭР[ =24хВ^р х(Цт +асм хЦсм)х(т:—
н
^ЬУКС
ст — х(1 + 0,43Км),руб,
^4'?/„кдрС х3В Х^ПЕР
1^5УКС
Ч/и-КАР V кСОПР
дГР
где х = 0,204 ИБУКС - часовой расход топлива буксировщиком в функции от его мощности, кг/ч Цт, Цсм - соответственно цена топлива и смазки, руб/кг; аСМ - доля расходов на смазку от расходов на топливо.
> расходы на зарплату, доплаты, соцстрахование
■гг М
ЭР2 — х (1 + КСОц) х х 0 + ?) + ^врЬруб,
где М - месячный фонд зарплаты, руб. Значение М может быть аппроксимировано функцией в зависимости от мощности
М = Кзп(45 + 92,23 • <у5кс) - суда класса "РУ Л";
М = Кзп (32 + 86,10 • А^кс ) - суда класса "О",
где КЗП - коэффициент, учитывающий увеличение месячного фонда зарплаты по должностным окладам по сравнению с навигацией 2000 года.
Продолжительность вооружен и я-разоружения в зависимости от мощности судна может быть аппроксимировано функцией 7ВР = 0,0071 ЛБУКС+ 6
> расходы на бесплатное питание
ЭР3 = К|уКС хаБП_х ЛБУКС хГн,руб,
где ЛБУКС - число членов экипажа, может быть аппроксимировано в зависимости от мощности буксировщика функцией
ЛБУкс =2,96- 1пЛГе -7,76
> расходы по зимнему отстою
ЭР4 = КдОП хК соц хКрр^ц хК0з ■="КБуКС хМх
х365-(Гн-Гвр) б
30,5
где К103 = КОЗ/Л - коэффициент, учитывающий долю членов экипажа, занятых на зимнем отстое, от общего числа членов экипажа;
> затраты на амортизацию, ремонт, материалы, износ малоценного инвента-
ря
ЭР5 =10* хКеукс х(аАМ + аРЕМ +йм,из.)хотц *
Х^БУКС.РУб,
где а AM - норма амортизационных отчислений; яРЕМ - норма отчислений в ремонтный фонд;
аМ,ИЗ. - доля расходов на материалы и износ малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря.
Общие эксплуатационные расходы по земснаряду с учётом прочих и распределяемых расходов составляет;
Э^БУКС = 0 + аПРОч)0 + ЯрАСП КЭР 1 + ЭР 2 + ЭР3 + ЭР4 + 3Pj)
Решая выражение (1) при различных значениях М5УКС получим оптимальное её значение, при котором П = max для каждого рассматриваемого состава земкаравана.
С этой целью разработана программа расчёта на ПЭВМ, позволяющая решать уравнение (1) при различных исходных данных.
Результаты выполненных по этой программе расчётов показывает, что для буксировки караванов несамоходных земснарядов, эксплуатируемых в настоящее время в ГБУП и С, необходимы буксировщики с N - 190 кВт (з/с пр. 23-75, пр. 92-035, пр. 3510-P3), N = 375 кВт (пр. 324(A), пр. 1-516), N = 500 кВт (пр. 23-112).
Предлагаемая методика позволяет определить оптимальную мощность буксировщиков для конкретных условий эксплуатации любых земснарядов.
Список литературы
[1] Исследования в области технического флота необходимого для выполнения программы «Внутренние водные пути России на 1996-2000 гг.» по бассейнам. Отчёт по НИР. - ВГАВТ, 1998.-» 82 с.
[2] Власов А.А. Техническая эксплуатация дноуглубительного флота. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1986. - 256 с.
[3] Полов Н.Ф. Технико-экономическая модель обоснования типов речных дноуглубительных землесосов с оптимальными параметрами грунтонасосных установок. // Тр, ВГАВТ. - Вып. 281. - Н. Новгород, 1998. - С.54.
[4] Ваганов Г'.И., Воронин В.Ф., Шанчурова В.К. Тяга судов, (методика и примеры выполнения судовых тяговых расчётов). Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и до». -М.: Транспорт. 1986. - 199 с.
THE METHODOLAGY OF FEASIBILITY STUDY OF TOWERS POWER OF NON-SELF-PROPELLED DREBGER
N. N. Borisov, V. A. Kutyrkin, S. N. Borisov
There is a methodology of feasibility study of optimal porver of towers hor towage to the plase of working non-self propelled drebger with auxiliary ships serving theme.
УДК 51.001.5
К. В. Марков, аспирант.
О. П. Шураее, к. т. к.. ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
УРАВНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ
Одной из особенностей имитаїцюнного моделирования является разработка таких моделей, которые исправноработают при всех состояниях объекта моделирования. В статье рассмотрены основные этапы создания имитационной модели гидравлической емкости для тренажера грузобалластных операций танкера.
