CC BY
7
Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. Т. 69, № 3. С. 196-206.
Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024. Vol. 69, no 3. P. 196-206.
РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО, АКВАКУЛЬТУРА И ПРОМЫШЛЕННОЕ РЫБОЛОВСТВО
Научная статья УДК 639.2.081.19
DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2024-69-19 EDN: SPLNOO
Морские испытания по проверке результатов макетных исследований по определению усилия выборки траловых мешков по слипам судов
Николай Александрович Скуратов1, Анатолий Владимирович Суконнов2, Татьяна Евгеньевна Суконнова3, Екатерина Евгеньевна Львова4
1 2, з, 4 Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия
Аннотация. Работа посвящена изучению физического процесса подъёма уловов на траулерах кормового траления слиповым методом. Проведённые ранее работы на макетной экспериментальной установке позволили получить зависимость усилия, возникающего в вытяжном конце вытяжной лебёдки от различных факторов, характеризующих судовые конструкции и промысловую схему. Для принятия их при выполнении расчётных действий, при проектировании промысловых схем и выборе промысловых комплексов, требуется апробация полученных результатов в морских условиях. Для проведения испытаний было выбрано научно-исследовательское судно СТМ «Атлантида», поскольку оно ведёт промысловую деятельность только в научных целях и обладает промысловой схемой для кормового траления. В статье описан порядок подготовки и проведения экспериментальных работ на научно-исследовательском судне СТМ «Атлантида», описана промысловая схема, экспериментальное измерительное оборудование, позволяющее производить замеры усилий, возникающих в вытяжном конце, и веса мешка, определён объект исследований, которым является траловый мешок М-45 трала 70/300. Проведены работы по определению формы слипового настила. Выполнена серия экспериментальных работ в промысловом варианте, при которых выборка осуществлялась слиповым методом, выбиралась концевая часть тралового мешка длиной 20 м и весом 180 кг. В процессе морских испытаний получены результаты замеров усилия, возникающего в вытяжном конце во время выборки траловых мешков по слиповым устройствам промысловых судов. Для сопоставления экспериментальных натурных данных с результатами модельных замеров и расчётными величинами, полученными с помощью уравнения, значения переведены в безразмерные величины. Сравнение данных, полученных в результате расчётов с использованием уравнения и натурных морских замеров, показало хорошую сходимость свыше 90 %, с точностью 0,95, что позволяет рекомендовать планирование режимов по поднятию последних на палубу судна на модельной установке. Морская проверка подтвердила возможность исследования физического процесса подъёма трала с уловом на модельных системах тралового лова.
© Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Суконнова Т. Е., Львова Е. Е., 2024
196
Ключевые слова: промысловое оборудование, трал, улов, слип, модель, эксперимент, факторы, пиковые нагрузки
Финансирование: Исследование выполнено в рамках выполнения государственного задания по теме «Разработка физических, математических и предсказательных моделей процессов эксплуатации донного и разноглубинного траловых комплексов».
Для цитирования: Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Суконнова Т. Е., Львова Е. Е. Морские испытания по проверке результатов макетных исследований по определению усилия выборки траловых мешков по слипам судов // Научные труды Дальрыбвтуза, 2024. Т. 69, № 3. С.196-206.
FISHERIES, AQUACULTURE AND INDUSTRIAL FISHERIES
Original article
Marine tests to verify the results of mock-up studies to determine the sampling effort of trawl
bags on ship slips
Nikolay A. Skuratov1, Anatoliy V. Sukonnov2, Tatiana E. Sukonnova3, Ekaterina E. Lvova4
\, 2 з, 4 Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia
Abstract. The work is devoted to the study of the physical process of lifting catches on forage trawlers by the slip method. The work carried out earlier on a mock-up experimental installation made it possible to obtain the dependence of the force arising at the exhaust end of the exhaust winch on various factors characterizing the ship structures and the field scheme. To accept them when performing calculation actions, when designing fishing schemes and choosing fishing complexes, it is necessary to test the results obtained in marine conditions. The scientific research vessel STM Atlantis was chosen for the research, since it conducts fishing activities only for scientific purposes and has a fishing scheme for forage trawling. The article describes the procedure for preparing and conducting experimental work on the scientific research vessel STM Atlantis, describes the fishing scheme, experimental measuring equipment that allows measuring the forces arising at the exhaust end and the weight of the bag, defines the object of research, which is the trawl bag M-45 trawl 70/300. Work has been carried out to determine the shape of the slip flooring. A series of experimental works was performed in the commercial version, in which the sampling was carried out using a slip method, the end part of a trawl bag with a length of 20 m and a weight of 180 kg was selected. In the process of marine tests, the results of measurements of the force arising at the exhaust end during the sampling of trawl bags by slip devices of fishing vessels were obtained. To compare the experimental field data with the results of model measurements and calculated values obtained using the equation, the values are converted to dimensionless quantities. A comparison of the data obtained as a result of calculations using the equation and full-scale marine measurements showed a good convergence of over 90%, with an accuracy of 0.95, which allows us to recommend planning modes for lifting the latter onto the deck of a ship on a model installation. The marine inspection confirmed the possibility of studying the physical process of lifting a trawl with a catch on model trawl fishing systems. Keywords: fishing equipment, trawl, catch, slip, model, experiment, factors, peak loads
Funding: The research was carried out within the framework of the state task on the topic "Development of physical, mathematical and predictive models of the processes of operation of bottom and multi-depth trawl complexes".
For citation: Skuratov N. A., Sukonnov A.V., Sukonnova T. E., Lvova E. E. Marine tests to verify the results of mock-up studies to determine the sampling effort of trawl bags on ship slips. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024; 69(3): 196-206 (in Russ.).
Актуальность темы исследования
На судах тралового лова, работающих с полным поднятием мешка с уловом, используют слиповые настилы, являющиеся наклонной поверхностью в корме судна. В связи с ростом тралов сильно увеличились и максимальные уловы, которые начали достигать 120+ т. Эксплуатация тралового комплекса во время поднятия мешков с уловами слиповым методом приводит к возникновению аварийных ситуаций, порывам сетного полотна, потери улова и снижению его качества, выходу из строя промысловых механизмов. Объясняется это высокими - пиковыми - нагрузками в вытяжных механизмах, их появление обусловлено различными факторами (параметрами промысловой системы), такими как угол наклона слипового настила, его форма, вес улова, углы выхода вытяжных концов, скорости выборки и пр. С целью выработки мероприятий по снижению пиковых нагрузок и тем самым снижению усилия выборки траловых мешков А.В. Суконновым и Н.А. Скуратовым на модели промысловой палубы была получена зависимость усилия в вытяжном конце от факторов, характеризующих и влияющих на процесс выборки. Для апробации и применения результатов данных исследований на практике необходимо провести исследования на натурных траловых системах.
Степень разработанности темы
Известно из морской деятельности, что при выборке мешков с уловом слиповым методом возникают пиковые нагрузки, во много раз превышающие тяговые мощности промысловых механизмов и приводящих к различным негативным эффектам, данное явление до настоящего времени не исследовано, и не известна физическая сущность данного процесса. Модельными исследованиями по изучению процесса возникновения чрезмерных усилий и причин их резкого роста от воздействия различных факторов занимались советские учёные: А.Л. Фридман и В.Н. Мельников. Однако ввиду отсутствия экспериментального оборудования и методологии исследований для их проведения в морских условиях, а также из-за того, что не была получена зависимость и обозначен характер влияния различных факторов, их результаты не имели практического применения или же проверки в реальных условиях. С течением времени значимость проблемы возросла из-за увеличения усилий, возникающих в системе судно-трал-промысловая машина. Учитывая важность проблемы, с 2016 г. исследования проводились сотрудниками кафедры промышленного рыболовства Калининградского государственного технического университета А.В. Суконновым и Н.А. Скуратовым на экспериментальной установке, имитирующей процесс подъёма тралов на судах с различными промысловыми устройствами. Ими были получены зависимости усилия, возникающего в вытяжном конце при выборке траловых мешков с уловом при различном сочетании параметров, входящих в систему судно-трал-промысловые механизмы.
Результаты научных исследований послужат исходным материалом для выработки рекомендаций по снижению пиковых нагрузок в вытяжном конце при подъёме траловых мешков слиповым методом.
Цели и задачи исследования
Целью работы является апробация зависимости усилия, возникающего в вытяжном конце лебёдки во время подъёма мешка с уловом на палубу судна слиповым методом, от факторов, характеризующих систему судно-трал-промысловые механизмы, полученного на экспериментальной установке.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- рыболовное судно и факторы, характеризующие систему судно-трал;
- объект исследования;
- измерительное оборудование;
- порядок проведения исследований.
Для проведения исследований было выбрано научно-исследовательское судно СТМ «Атлантида» К-1704 (Атлантик-833, тип Профессор Марти) Атлантического филиала ФГБНУ «ВНИРО». Данное рыболовное судно имеет специальное промысловое оборудование, указанное на рис. 1:
Рис. 1. Промысловая палубы СТМ «Атлантида» К-1704: 1 - многобарабанная лебёдка; 2, 3 - ваерные лебёдки; 4 - слиповая канавка; 5 - слип; 6 - промысловая палуба. Составлено авторами Fig. 1. The fishing deck of the STM «Atlantis» K-1704: 1 - multi-drum winch; 2, 3 - roller winches; 4 -slip groove; 5 - slip; 6 - fishing deck. Compiled by the authors
Основными влияющими факторами, характеризующими систему судно-трал-промысловая машина для данного промыслового судна, являются:
- промысловая схема, включающая в себя раздельные ваерные лебёдки и многобарабанную кабельно-вытяжную лебёдку, тяговое усилие которой составляет 25 т;
- угол наклона слипового настила, равный 40°;
- форма слипового настила - прямая;
- угол выхода вытяжного конца на кабельно-вытяжную лебёдку, равный12°;
- вес тралового мешка с уловом.
Работа промысловой команды происходит в соответствии с промысловым расписанием, составленным для данной схемы. Выборка канатно-сетной части трала осуществляется с
помощью канатной дороги методом перестропки, что облегчает включение динамометра в линию вытяжной конец-удавной строп-мешок.
Как видно, данная промысловая схема позволяет провести замеры усилия в вытяжном конце напрямую за счёт включения измерительного прибора в линию вытяжной конец (канатная дорога) - удавной строп-траловый мешок.
Фотография вытягивания мешка канатной дорогой и работы силоизмерительного комплекса представлена на рис. 2.
Рис. 2. Замер усилия во время выборки. Фото сделано авторами Fig. 2. Measurement of effort during sampling. Compiled by the authors
В качестве объекта исследований принят мешок трала 70/300 - М-45. Чертёж мешка представлен на рис. 3.
Рис. 3. Чертёж мешков трала 70/300 М-45 и М-60. Составлено авторами Fig. 3. Drawing of 70/300 M-45 and M-60 trawl bags. Compiled by the authors
Для замера усилий использовали электрический динамометр ЭД-РМ 20 кН производитель «Элна-Север+» с основными характеристиками, представленными в табл. 1. Динамометр крепили в линию скобами, предназначенными для крепления к нему различных элементов (табл. 1).
Таблица 1
Модель и основные характеристики динамометра
Table 1
Model and main characteristics of the dynamometer
Модель Наибольший предел измерения, кН Наименьший предел измерения, кН Цена деления, кН
ЭД-20/2-2РМ 20 0 0,001
Тарировка динамометра проводилась на предприятии.
Порядок проведения испытаний
При подходе мешка с уловом к порогу слипа производим стропление мешка в районе слиповой канавки и включаем его в линию канатная дорога-динамометр-строп-мешок. Включается запись показаний с последующим вытягиванием мешка, который выбирают до момента его полного вытаскивания на палубу судна. Отметкой окончания записи является пересечение гайтяном слиповой канавки.
После выборки мешок с динамометром отключается от линии канатной дороги и перебрасывается на шкентель сушилки. Включается турачка и поднимается застропленная часть тралового мешка, при этом измеряется его вес динамометром ЭД-РМ.
Замеры наклона слипового настила и формы его поверхности проводились с применением мерного линя с грузом на конце. В тихую погоду, для минимизации воздействия качки, груз опускался и по меткам на лине можно было наблюдать расстояние от поверхности палубы до точки на слипе (начальной точкой отсчёта являлся порог слипа). Через метр процесс замера расстояния повторялся, и так вплоть до подхода к слиповой канавке.
Результат представлен на рис. 4.
6
5
4
3
2
1
0
Форма поверхности слипового настила
Рис. 4. Форма поверхности слипового настила. Составлено авторами Fig. 4. The shape of the surface of the slip flooring. Compiled by the authors
В процессе выполнения исследований результаты замеров заносили в сводную таблицу (табл. 2), в которой указываются необходимые характеристики промыслового комплекса судна (угол выхода вытяжного конца, угол наклона и форма слипа), максимальное усилие, возникающее при выборке, усилие при пересечении мешком слиповой канавки (усилие при переломе мешка) и вес мешка с уловом.
Замеры усилия были сделаны в 2023 г. во время проведения научно-исследовательской экспедиции в зоне ЦВА. Испытания проводили при атмосферных условиях. Образец взвешивали с точностью 1,0 кг при температуре 18±2 °С. Результаты замеров представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты замеров усилий и веса, проведённых на СТМ «Атлантида» К-1704
Table 2
Results of force and weight measurements carried out on the Atlantis K-1704 STM
№ п/ п Форма поверхнос ти слипа Угол наклона слипа а, град Угол выхода вытяжного конца в, град Максимальное усилие на пороге слипа Мм, кгс Усилие при выборке мешка, усилие Мп, кгс Вес мешка, усилие Рм, кгс
1 Прямая 40 12 161 118 137
2 Прямая 40 12 201 129 148
3 Прямая 40 12° 194 135 136
4 Прямая 40 12 1193 583 591
5 Прямая 40 12 588 422 426
6 Прямая 40 12 1252 1000 1076
7 Прямая 40 12 324 276 295
Усилие выборки замерялось на протяжении всего движения кутка мешка с уловом, начиная с момента выхода в районе порога слипа до пересечения слиповой канавки (рис. 5).
1400
Порог слипа
1200
О <"1 'S СП 14 гч- 14 ЕЛ щ" ^Г Ч-" О" ^ V)
t,c
Рис. 5. Динамограмма изменения усилия, возникающего в вытяжном конце во время выборки кутка мешка с уловом на палубу судна. Составлено авторами Fig. 5. Dynamogram of the change in the force arising at the exhaust end during the removal of the catch bag onto the deck of the vessel. Compiled by the authors
Результаты испытаний, проведённые на промысловом судне, подтвердили результаты экспериментальных исследований на модельной установке и показали, что во время выхода мешка на порог слипа наблюдается резкое пиковое увеличение усилия в вытяжном конце, которое быстро снижается, после чего выравнивается и продолжает свой рост вплоть до момента перехода мешком слиповой канавки. Подобное положение тралового мешка в районе слиповой канавки является наиболее стабильным с точки зрения повторяемости показаний, поскольку после его пересечения усилие сокращается. Этот момент, на наш взгляд, является ключевым, поскольку в отличие от момента роста во время выхода мешка на порог слипа данное усилие является относительно постоянным, чего не наблюдается при замерах его на пороге слипа, когда оно может в разы превышать вес мешка.
Для апробации полученных на модельной установке данных с натурными данными был осуществлён перевод к безразмерным величинам, в качестве основного критерия для сравнения приняли соотношение тягового усилия в вытяжном конце к весу мешка.
С целью подтверждения достоверности и точности выполненных исследований рассчитывалось максимальное относительное отклонение (табл. 3).
Таблица 3
Результаты перевода к безразмерным величинам полученных данных
и их отклонение
Table 3
The results of the conversion to dimensionless values of the obtained data and their deviation
Соотношение усилия на пороге Соотношение усилия при пере- Максимальное относительное отклонение соот- Максимальное относительное отклонение соотношения усилия при переломе мешка к весу мешка, %
слипа к весу мешка ломе мешка к весу мешка ношения усилия на пороге слипа к весу мешка, %
1,18 0,86
1,36 0,87
1,43 0,99
2,02 0,98 27,78 6,33
1,38 0,99
1,16 0,93
1,10 0,93
Из-за погодных условий и особенностей эксплуатации промысловой схемы не удалось получить стабильные данные по возникающему усилию на пороге слипа, поэтому дальнейшие работы проводим с усилием, зафиксированным при переломе мешка в районе слиповой канавки (это такое положение мешка, когда его половина находится уже на палубе, а половина ещё на слипе), как наиболее устойчивым с точки зрения повторяемости результатов.
Скорость выборки на натурном судне варьировалась в интервале от 0,3 м/с, до 0,5 м/с, что при соотношении модели к натуре 1 : 25 будет равняться 0,012 и 0,02 м/с, что соответствует первому этапу макетных исследований, выраженным результатом которого является следующее уравнение:
Т := 1.776+ 0.574x2 + 0.209х2 + (-0.125).х3
где х1, х2, хз - значения заполнения мешка, угла наклона слипа и выхода вытяжного конца соответственно, записанные в кодированном виде.
Подставив значения в формулу, получили, что соотношение расчётного значения к весу модельного мешка составляет 0,95.
Среднее значение соотношения усилия при нахождении мешка в районе слиповой канавки к весу мешка на натурном промысловом судне составляет 0,93, а максимальное - 0,99, что достаточно близко к расчётным данным, полученным согласно уравнению, полученному на первом этапе работ. Отклонение натурных данных замеров от расчётных составляет 2,4 % для средней величины и 3,8 % - для максимального значения.
Значимость проведения морских испытаний
Выполненные промысловые испытания подтверждают правильность проведённых исследований и формул, полученных на моделях, что говорит о достаточном описании физической сущности процесса выборки мешков с уловом по слипам судов. Это подтверждается тем, что соотношение безразмерных величин не превышает 6 %. Данное обстоятельство позволяет применять для расчёта действительного усилия и расчётных характеристик формулы, полученные на модельных установках, и пересчитывать их на натуру.
Поскольку физический процесс возникновения пиковых нагрузок во время выборки траловых мешков с уловом слиповым методом в полной мере описывается с помощью макетной установки и полностью соответствует модельным исследованиям, то, сделав анализ полученной зависимости, определили, что первостепенное значение имеет наполнение тралового мешка. Меньшее влияние оказывает угол наклона слипа. И незначительное - угол выхода вытяжного конца.
Загрузка мешка, при прочих равных условиях, несмотря на то, что влияние на общее усилие велико, не оказывает ощутимого влияния на пиковые нагрузки на пороге слипа.
Увеличение угла наклона слипа, при прочих равных условиях, в диапазоне исследований в 3 раза приводит к уменьшению пиковых нагрузок на 15 % при выходе мешка на порог слипа и увеличению усилия во время прохождения мешка по слиповой канавке на 20 %.
Увеличение угла выхода вытяжного конца с 7 по 20° привело к снижению усилия выборки в среднем на 12 %.
Список источников
1. Фридман С. Л. Взаимодействие трала и судна при подъеме улова на кормовом траулере : дис. ... канд. техн. наук / науч. рук.: А. И. Трещев. Мурманск : Мурман. высш. мореход. училище, 1960. 242 с.
2. Фридман А. Л. Исследование взаимодействия системы «судовая слиповая установка». Калининград : КТИРПиХ, 1985. 135 с.
3. Долин Г. М. Планирование экспериментов в промышленном рыболовстве : учеб. пособие. Калининград : Изд-во КГТУ, 1996. 119 с.
4. Суконнов А. В., Скуратов Н. А. Экспериментальное определение зависимости тягового усилия выборки трала с уловом на палубу судна от параметров системы судно-трал на модели промысловой палубы судов типа РТМ-С // Изв. КГТУ. 2018. № 48. С. 39-46.
5. Скуратов Н. А., Суконнов А. В. Экспериментальное исследование процесса подъёма траловых мешков с уловом по слипу судна // Изв. КГТУ. 2019. № 54. С. 187-195.
6. Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Чеусов Н. А. Оценка способов подъема уловов на палубу судна для различных промысловых схем тралового лова // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование : сб. материалов X Нац. (всероссийской) науч.-практ. конф. Петропавловск-Камчатский : Изд-во КамчатГТУ, 2019.
7. Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Суконнова Т. Е. Экспериментальные исследования по оценке влияния скорости подъёма траловых мешков с уловом по различным формам слипов судов на усилие в вытяжном конце промысловой лебёдки // Изв. КГТУ. 2020. № 57. С. 67-76.
8. Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Суконнова, Т. Е., Быков А. А. Экспериментальное определение зависимости усилия подъёма траловых мешков с уловом от тягово-скоростных
параметров промысловой лебёдки : материалы VIII Междунар. Балтийского морского форума 5-10 октября 2020 года [Электронный ресурс] : в 6 т. Т. 2. Морская техника и технологии. Безопасность морской индустрии. VIII Междунар. науч. конф. Электрон. дан. Калининград : Изд-во БГАРФ ФГБОУ ВО «КГТУ», 2020. 1 электрон. опт. диск. С. 277-282.
9. Скуратов Н. А., Суконнов А. В., Суконнова Т. Е. Теоретическая подготовка и обоснование экспериментальных работ по определению зависимости усилия подъёма траловых мешков с уловом : материалы IX Междунар. Балтийского морского форума 4-9 октября 2021 года [Электронный ресурс]: в 6 т. Т. 2. Морская техника и технологии. Безопасность морской индустрии. IX Междунар. науч. конф. Электрон. дан. Калининград : Изд-во БГАРФ ФГБОУ ВО «КГТУ», 2021. С. 404-408.
10. Скуратов Н. А., Львова Е. Е., Суконнов А. В., Суконнова Т. Е. Исследование процесса подъёма траловых мешков по слипам судов на модельной установке // Морские интеллектуальные технологии. 2022. № 4. Ч. 1. С. 26-32.
Сведения об авторах
Н. А. Скуратов - инженер кафедры промышленного рыболовства.
А. В. Суконнов - кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного рыболовства.
Т. Е. Суконнова - доцент кафедры промышленного рыболовства.
Е. Е. Львова - кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного рыболовства.
Information about the authors
N. A. Skuratov - Engineer of the Commercial Fisheries Department.
A. V. Sukonnov - PhD (Eng), Associate Professor of the Commercial Fisheries Department.
T. E. Sukonnova - Associate Professor of the Commercial Fisheries Department.
E. E. Lvova - PhD (Eng), Associate Professor of the Commercial Fisheries Department.
Статья поступила в редакцию 17.07.2024; одобрена после рецензирования 10.09.2024; принята к публикации 18.09.2024.
The article was submitted 17.07.2024; approved after reviewing 10.09.2024; accepted for publication 18.09.2024.
