CC BY
36А.Е. Асташин, М.М. Бадьин, А.В. Самойлов, Е.В. Рыжов, А.И. Фомина, А.В. Власов
Динамика протяжённости русловой сети элементарных водотоков зоны смешанных ...
territorii basseyna г. Linda Nizhegorodskoy oblasti v period 2001-2018 gg. // Estestvennye i tekhni-cheskie nauki. - 2018. - № 8 (122). - pp.85-94.
[18] Topograficheskaya karta GGTs. M 1:50 000, 2001 g. [Elektronnyy resurs], - http://loadmap.net
[19] Astashin, A.E. Landshaftnaya obuslovlennost' dinamiki ruslovoy seti elementarnykh vodotokov na territorii basseyna r. Izhma Nizhegorodskoy oblasti v period 2001-2017 gg. / A.E. Astashin, S.A. Sotkina, A.V. Samoylov, E.V. Ryzhov, N.A. Malysheva
Vestnik Volzhskoy gosudarstvennoy akademii vodnogo transporta. 2017. № 53. pp. 15-22.
[20] Astashin A.E. Dinamika razvitiya seti elementarnykh vodotokov severa lesostepnoy zony Nizhegorodskoy oblasti (na primere vodosbornogo basseyna r. Sundovik) v period 1984-2016 gg. / A.E. Astashin, S.A. Sotkina, M.M. Bad'in, E.V. Ryzhov, A.V. Samoylov // Vestnik Volzhskoy gosudarstvennoy akademii vodnogo transporta. 2016. № 48 (48). pp. 15-24.
Статья поступила в редакцию 10.12.2018 г.
УДК 629.12.001.33
А.А. Кеслер, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ»
ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГРЕБНЫХ КОЛЕС НА РЕЧНЫХ СУДАХ
Ключевые слова: движительно-рулевой комплекс, гребное колесо, винто-рулевая колонка, главная энергетическая установка речного судна
В современной отечественной практике судоходства наметилась тенденция по возрождению применения гребных колес на речных судах. Наряду с «традиционной» областью их использования, т.е. на судах для малых рек при глубинах менее 1 м, установка колес планируется на пассажирском судне класса «О» Российского Речного Регистра (РРР) при осадке около 1,2 м. Такое «расширение» области применения гребных колес в современных условиях представляется сомнительным и является предметом рассмотрения в статье. В работе представлены результаты обобщения и анализа материалов по эффективности применения на речных судах гребных колес. Отмечается, что использование гребных колес целесообразно в условиях малых рек и значительных нагрузках на движитель. Получены сравнительные данные по эффективности главной энергетической установки пассажирского судна класса «О» РРР при применении на нем в качестве движителя винто-рулевой колонки или гребного колеса. Отмечается, что установка на данном судне винто-рулевых колонок, вместо кормовых гребных колес, позволит, согласно приближенным расчетам, уменьшить необходимую мощность главных двигателей и, кроме того, улучшить управляемость судна.
В течение последнего десятилетия нижегородская группа компаний (ГК) «ГАМА» спроектировала и построила три мелкосидящих (осадка 0,73 м, класс Российского Речного Регистра (РРР) - «Р») пассажирских судна типа «Сура». В качестве движительно-рулевого комплекса на этих судах используются два кормовых гребных колеса с неповоротными плицами. ГК «ГАМА» также заявила о намерении расширить область применения пассажирских судов с гребными колесами - создать, с применением колес, речное круизное судно класса «О» РРР и осадкой 1,2 м; проектное обозначение судна - ПКС-130 [1].
Задача выбора для проектируемого судна типа движительно-рулевого комплекса и его размещения на корпусе относится к числу важных. В статье сделана попытка выявить области целесообразного применения на водоизмещающих судах для малых 18
и боковых рек в качестве движительно -рулевого комплекса гребных колес, а также оценить их эффективность по сравнению с другими типами движителей, прежде всего, винтами.
Результаты статистической обработки пропульсивных характеристик судов для малых рек приведены на рисунке 1а по данным [2]. На рисунке 1б, для сравнения, даны значения пропульсивного коэффициента транспортных средств для малых рек и судов классов «О» и «М» по РРР.
Пропульсивный коэффициент (п, см. рисунок 1) учитывает как гидравлический к.п.д. движителя, так и его взаимодействие с корпусом судна, т.е. коэффициент влияния корпуса судна. Коэффициент нагрузки движителя по мощности определялся по формуле
где Р - мощность, подведенная к движителю; р - плотность воды; V - скорость хода судна;
^ - площадь гидравлического сечения движителя.
По данным рисунка 1а в диапазоне значений с'п = (4-10) на судах для малых рек в качестве движителей в основном используются гребные колеса и водометы; при этом П судов с гребными колесами может достигать значения 0,44. На ряде грузовых судов установлены открытые гребные винты, коэффициент нагрузки которых лежит в диапазоне 2-4, а пропульсивный к.п.д. может достигать значения 0,54.
п'
Рис. 1. Влияние коэффициента нагрузки движителя по мощности (и N ) на изменение пропульсивного коэффициента судна (п)
Наряду с открытыми винтами, на судах классов «Р» и «Л» при с'п = 3-8, используются винты в насадке; в этом случае максимальное значение п составляет 0,59. У судов классов «О» и «М», которые эксплуатируются на боковых и магистральных реках, использование комплекса винт-насадка при с'п = 2^3 позволяет достичь п = 0,65.
Данные рисунка 1 свидетельствуют - с увеличением коэффициента нагрузки движителя пропульсивный к.п.д. судна уменьшается.
Модельные и натурные исследования по колесным движителям отечественными специалистами проводились в 1936-1939 гг., 1946-1947 гг. и 1978-1985 гг.; при этом были рассмотрены (изучены) ряд предложений по конструкции гребного колеса [2]. В таблице 1 приведены значения пропульсивного к.п.д. для основных исследованных технических решений по гребным колесам.
Таблица 1
Значения пропульсивного коэффициента полезного действия при использовании гребных колес
[3] Источник [2]
Данные по судам Данные по моделям
Расчеты по суд- Буксир Буксир Обработка Модель с Высокообо-
ну «Сура-2» с пр. 1721 с пр. 1721 с данных по бортовыми ротное греб-
колесами в бортовыми БК11П и вол- ряду бук- колесами с ное колесо с
корме и непод- колесами с новыпрями- сиров и поворотны- поворотны-
вижными пли- поворотными телем за толкачей ми плицами, ми плицами
цами плицами колесом при разме- конструкции
(БКПП) в рас- щении колес Ф.И. Ми-
четном режи- по схеме хайлова
ме буксировки «тандем»
ок. 0,42 0,46 0,48 0,44 0,47 0,46
Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что гребные колеса с поворотными плицами, конструкция которых «отрабатывалась в течение многих десятилетий», более эффективны по сравнению с колесами с неповоротными плицами. Размещение гребных колес за кормой судна (рисунок 2) рассматривается как «вынужденное» решение (например, ввиду ограничения судна по ширине); при этом они, в отличие от бортовых, оказывают «засасывающее» действие на корпус судна и по этой причине увеличивается сила сопротивления движению судна.
Рис. 2. Судно «Сура-2», оборудованное кормовыми колесами с неповоротными плицами
В работе [2] показаны пути повышения эффективности колесного движителя:
- установка после гребного колеса волновыпрямителя;
- установка последовательно пары гребных колес (схема «тандем»).
В первом случае испытания проводились в натурных условиях на буксире пр. 1721, во втором - на модели; значения пропульсивного к.п.д. составили 0,48 и 0,47 соответственно (таблица 1). Отмечается, что «прирост упора комплекса за счет установки волновыпрямителей составил 3-5% без добавочных затрат мощности», а «по результатам испытаний комплекса «тандем» последний лишь незначительно уступает по к.п.д. изолированному гребному колесу с волновыпрямителем». Эти опытные конструкции в эксплуатационной практике, по имеющейся информации, применения не получили.
В 1983-1984 гг. были проведены испытания крупномасштабной модели высокооборотного гребного колеса рычажно-шарнирного типа конструкции Ф.И. Михайлова (рисунок 3). Установлено, что такое колесо «в широком диапазоне нагрузок обладает той же эффективностью, что и традиционное с поворотными плицами». Согласно представленным данным пропульсивный к.п.д. при использовании колеса Михайлова не превышает 0,46, что практически равно значению этого коэффициента для «традиционных» гребных колес с поворотными плицами. Случаи практического применения на судах гребного колеса конструкции Михайлова не известны.
Рис. 3. Схема рычажно-шарнирного высокооборотного гребного колеса
Выполненный анализ работ по эффективности гребных колес дает основания считать, что пропульсивный к.п.д. судов находится в диапазоне:
- при расположении колес по бортам судна п = 0,43-0,46;
- при размещении колес за кормой судна п = 0,39-0,42.
Использование гребных колес предусматривается на упомянутом выше круизном судне для линии Москва - Нижний Новгород: пр. ПКС-130; опубликованные по пр. ПКС-130 материалы вызвали интерес у специалистов по судовождению [4]. Основные показатели судна пр. ПКС-130 даны в таблице 2 в сопоставлении с данными по пассажирскому пароходу пр. 737А; такие пароходы в прошлом эксплуатировались на линии Москва - Горький (в настоящее время - Н. Новгород).
Суда пр. ПКС-130 и 737А имеют осадку 1,2 м, класс РРР - «О», практически равные значения скорости хода, водоизмещение судов отличается на 18%; при таком соотношении показателей допустимо выполнить сравнительную оценку э ф-фективности использования мощности главной энергетической установки (ГЭУ) судов. Для этого был использован принятый в судостроении показатель - адмиралтейский коэффициент, определяемый по формуле:
где Б - полное водоизмещение судна, т; V - скорость хода судна, км/ч; Р - мощность главных двигателей, кВт.
Таблица 2
Характеристики пассажирских судов с гребными колесами
№ проекта Главные размерения по КВЛ, м Ь/В Водоизмещение полное. D. т -- ле с ^ т ем К эт а к & о а « К О Я 5 Р и ло о то « к 5 Мощность ГЭУ, P, кВт Скорость хода, v, км /ч Пассажировме-стимость, чел. Класс Российского Речного Регистра Местоположение и тип движителей Наличие рулей Адмиралтейский коэффициент, С
Ь В Т
ПКС-130 55,0 11,7 1,2 4,7 663 0,86 637 20,0 130-212 «О» гребные колеса в корме нет 945
737А 69,6 8,5 1,2 8,1 542 0,765 383 19,0 360 «О» гребные один руль 1200
колеса площадью
по бор- 5,2 м2
там
Из таблицы 2 следует, что значение адмиралтейского коэффициента для судна пр. ПКС-130 на 27% меньше, чем у судна пр. 737А. Причины этого кроются, в частности, в следующем:
- особенности формы корпуса (маленькое значение L/B и большое 5) судна пр. ПКС-130 вызывают относительный рост сопротивления воды его движению (увеличивается буксировочная мощность);
- на судне пр. ПКС-130 предусмотрено кормовое расположение гребных колес, что вызывает рост сопротивления движению корпуса (уменьшение пропуль-сивного к.п.д. судна).
Осадка судна пр. ПКС-130 составляет 1,2 м; такое значение осадки позволяет отнести это судно к «смежным» по осадке по отношению к транспортным средствам для малых рек. Исходя из зависимостей рисунка 1, при проектировании таких («смежных») судов (судов класса «О») следует рассматривать, наряду с применением гребных колес, использование открытого винта (ОВ) и комплекса винт-насадка (ВН).
Расчеты по ОВ и ВН, применительно к судну пр. ПКС-130, выполнены по Руководству [5] с использованием расчетных диаграмм с показателями винта: для ОВ - 4-х лопастный винт с дисковым отношением 0,55; для ВН - 4-х лопастный винт с дисковым отношением 0,58. Расчеты выполнены при следующих исходных условиях:
- сила сопротивления движению судна при V =20 км/ч составляет Я = 53 кН
[6];
- ширина корпуса судна (11,7 м) позволяет разместить за кормой четыре ОВ или ВН при диаметре винта Б = 0,95 м (Б" = Б/Т = 0,95/1,2 = 0,79);
- ОВ или ВН входят в состав винто-рулевой колонки (ВКР)*';
- соотношение значений мощности на фланце дизеля и на валу винта (е) принято равным 1,15 (е учитывает запас мощности двигателя и потери при ее передаче на винт).
*' Гидравлический к.п.д. (пр) ОВ или ВН в составе ВРК принят на 5% меньше, чем пр, полученный по расчетной диаграмме; это соответствует практике эксплуатации ВРК. 22
Результаты приближенных расчетов по движительно -рулевому комплексу судна пр. ПКС-130 для случая применения на нем винто -рулевых колонок даны в таблице 3. Сравнение этих данных с опубликованными характеристиками по судну пр. ПКС-130 (таблица 2) и показателями работы гребных колес (см. выше) позволяет отметить следующее:
- значение пропульсивного к.п.д. при использовании ОВ (п = 0,52) и ВН (п = 0,57) превышают максимальное значение этого коэффициента в случае установки гребных колес (п = 0,46);
- полученные значения пропульсивного к.п.д. как для ОВ, так и ВН согласуются с данными рисунка 1;
- минимальная мощность ГЭУ судна пр. ПКС-130 соответствует использованию на нем ВН (594 кВт).
Таблица 3
Основные показатели движительно-рулевого комплекса судна пр. ПКС-130 при использовании гребных винтов
Винто-рулевая колонка при использовании: Диаметр винта, м Частота вращения винта, мин-1 Гидравлический к.п.д., Пр Пропульсивный к.п.д., п Мощность на валу винта, кВт Мощность ГЭУ судна, кВт коэффициент нагрузки движителя по мощности, <з'„
ОВ 0,95 576 0,49 0,52 142 653 2,4
ВН 0,95 480 0,57 0,57 129 594 1,92
Тип движителя судна, как правило, выбирается с учетом его роли в обеспечении рулевой силы (маневренности судна). Вопросам совершенствования управления судами с кормовыми гребными колесами посвящены ряд работ [7], [8], [9], [10], [11]; при этом главное внимание было уделено оптимизации систем контроля и управления механизмами и агрегатами судна. Особенности влияния на управление судна кормового расположения гребных колес и сравнительный анализ эффективности применения для управления судном других типов движительно-рулевого комплекса в работах не рассматривались. В тоже время, как свидетельствует практика судоходства, винто-рулевые колонки, предназначенные для обеспечения как поступательного движения судна, так и маневренных операций, являются наиболее предпочтительным типом движителя для пассажирских и ряда других типов судов.
Например, около 40 европейских речных пассажирских судов оборудовано винто-рулевыми колонками [12] (рисунок 4).
Рис. 4. Четыре винто-рулевые колонки на речном круизном судне «А-Rosa Aqua»
Колонки размещены в корме; каждая из них удерживает два винта. Колонки управляются джойстиками - «отдельно для двух колонок правого и левого бортов». Список литературы:
[1] Галкин Д.Н., Малый Ю.А. Отличительные особенности пассажирского круизного теплохода нового проекта // Речной транспорт (XXI век), № 2, 2015, С. 32-33.
[2] Павленко В.Г. Грузовые транспортные средства для малых рек / Павленко В.Г., Сахновский Б.М., Врублевская Л.Н. - Л.: Судостроение, 1985. - 288 с.
[3] Галкин Д.Н., Итальянцев С.А., Малый Ю.А. Опыт эксплуатации и совершенствования конструкции колесного судна «Сура» // Речной транспорт (XXI век), № 3, 2014, С. 47-50.
[4] Чуплыгин Г.Н., Клементьев А.Н., Тихонов В.И. Особенности эксплуатации судов, оснащенных колесным движительно-рулевым комплексом // Речной транспорт (XXI век), № 4, 2017, С. 15-19.
[5] Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания. Под ред. А.М. Басина и Е.И. Степанюка. - Л.: Транспорт, 1977. - 272 с.
[6] Галкин Д.И., Маркин Е.П., Сироткин Е.М., Корнев А.Б. Подробности подготовки к проектированию нового мелкосидящего колесного пассажирского судна // Речной транспорт (XXI век), № 2, 2016, С. 21-19.
[7] Грошева Л.С., Мерзляков В.И., Перевезенцев С.В., Плющаев В.И. Контроль вектора тяги колесного движительного комплекса теплохода // Вестник Астраханского государственного технического университета (АГТУ). Серия «Морская техника и технология». - № 3, 2011 - с. 10-15.
[8] Грошева Л.С., Мерзляков В.И., Плющаев В.И. Синтез алгоритма управления судна с КДРК // Вестник АГТУ. Серия «Управление, вычислительная техника и информатика». - № 2, 2012. -с. 34-39.
[9] Грошева Л.С., Мерзляков В.И., Перевезенцев С.В., Плющаев В.И. Разработка алгоритма управления движением колесного судна с использованием виртуального руля // Вестник АПУ. Серия - «Морская техника и технология». - № 1, 2013. - с. 17-22.
[10] Поляков И.С. Моделирование расхода топлива в различных эксплуатационных режимах судна с колесным движителем // Вестник ВГАВТ - № 35, 2013. с. 29-33.
[11] Грошева Л.С.. Плющаев В.И., Поляков И.С., Соловьёв Д.С. Исследование устойчивости и качества системы автоматического управления удержанием судна с КДРК на заданной траектории при изменении условий плавания // Вестник АГТУ. Серия «Морская техника и технология». - № 3, 2014. - с. 28-39.
[12] Информационный отдел. Четыре ВРК на судне // Судостроение, 2014, № 3, С.75.
USAGE OF ROWING WHEELS ON RIVER CRAFTS
A.A. Kessler, Ph.D. (Tech.), associate professor Volga State University of Water Transport 603951, Nizhniy Novgorod, Nesterov str., 5
Keywords: propulsion and steering complex, rowing wheel, steering column, main propulsion system of the river ship
The trend on revival of application of rowing wheels on river crafts was outlined in modern domestic practice of navigation. Along with the «traditional» field of their use, i.e. on vessels for the small rivers with depths less than 1 m, installation of wheels is planned on the passenger ship of class «O» of the Russian River Register (RRR) at draft about 1.2 m. Such «ex-pansion»of the field of application of rowing wheels in modern conditions is doubtful and is a consideration subject in this article. The paper presents the results of generalization and the analysis of materials on efficiency of application of rowing wheels on river boats. It is noted that use of rowing wheels is expedient in the conditions of the small rivers and considerable loads of the propeller. The comparative data of the main power station efficiency of the passenger ship class «O» RRR with application of a steering column as the propeller or a rowing wheel are obtained. It is noted that installation of steering columns on this vesse, instead of fodder rowing wheels will allow to reduce, according to approximate calculations, the necessary power of the main engines and, besides, to improve controllability of the vessel.
References
[1] Galkin D.N., Malyj YU.A. Otlichitel'nye osobennosti passazhirskogo kruiznogo tep-lohoda novogo proekta // Rechnoj transport (XXI vek), № 2, 2015, S. 32-33.
[2] Pavlenko V.G. Gruzovye transportnye sredstva dlya malyh rek / Pavlenko V.G., Sahnovskij B.M., Vrublevskaya L.N. - L.: Sudostroenie, 1985. - 288 s.
[3] Galkin D.N., Ital'yancev S.A., Malyj YU.A. Opyt ehkspluatacii i sovershenstvovaniya konstrukcii kolesnogo sudna «Sura» // Rechnoj transport (XXI vek), № 3, 2014, S. 47-50.
[4] CHuplygin G.N., Klement'ev A.N., Tihonov V.I. Osobennosti ehkspluatacii sudov, osnashchennyh kolesnym dvizhitel'no-rulevym kompleksom // Rechnoj transport (XXI vek), № 4, 2017, S. 15-19.
[5] Rukovodstvo po raschetu i proektirovaniyu grebnyh vintov sudov vnutrennego plava-niya. Pod red. A.M. Basina i E.I. Stepanyuka. - L.: Transport, 1977. - 272 s.
[6] Galkin D.I., Markin E.P., Sirotkin E.M., Kornev A.B. Podrobnosti podgotovki k proektirovaniyu novogo melkosidyashchego kolesnogo passazhirskogo sudna // Rechnoj trans-port (XXI vek), № 2, 2016, S. 21-19.
[7] Grosheva L.S., Merzlyakov V.I., Perevezencev S.V., Plyushchaev V.I. Kontrol' vektora tyagi kolesnogo dvizhitel'noro kompleksa teplohoda // Vestnik Astrahanskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta (AGTU). Seriya «Morskaya tekhnika i tekhnologiya». - № 3, 2011 - s. 10-15.
[8] Grosheva L.S., Merzlyakov V.I., Plyushchaev V.I. Sintez algoritma upravleniya sudna s KDRK // Vestnik AGTU. Seriya «Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika». - № 2, 2012. - s. 34-39.
[9] Grosheva L.S., Merzlyakov V.I., Perevezencev S.V., Plyushchaev V.I. Razrabotka algorit-ma upravleniya dvizheniem kolesnogo sudna s ispol'zovaniem virtual'nogo rulya // Vest-nik APU. Seriya - «Morskaya tekhnika i tekhnologiya». - № 1, 2013. - s. 17-22.[10] Polyakov I.S. Modelirovanie raskhoda topliva v razlichnyh ehkspluatacionnyh rezhi-mah sudna s kolesnym dvizhitelem // Vestnik VGAVT - № 35, 2013. s. 29-33.
[11] Grosheva L.S.. Plyushchaev V.I., Polyakov I.S., Solov'yov D.S. Issledovanie ustojchivo-sti i kachestva sistemy avtomaticheskogo upravleniya uderzhaniem sudna s KDRK na zadan-noj traektorii pri izmenenii uslovij plavaniya // Vestnik AGTU. Seriya «Morskaya tekh-nika i tekhnologiya». - № 3, 2014. - s. 28-39.
[12] Informacionnyj otdel. CHetyre VRK na sudne // Sudostroenie, 2014, № 3, S.75. Статья поступила в редакцию 11.12.2018 г.
УДК 629.122.
Д.С. Мизгирев, д.т.н., доцент кафедры подъемно-транспортных машин и машиноремонта ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: [email protected] М.А. Борисов, аспирант кафедры подъемно-транспортных машин и машиноремонта ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: [email protected] В.Н. Власов, ст. преподаватель кафедры подъемно-транспортных машин и машиноремонта ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: [email protected] 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
АКТУАЛЬНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА СУДОВЫХ ПОМЕЩЕНИЙ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ ТРЕБОВАНИЙ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Ключевые слова: качество воздуха, микроклимат, микроклимат помещений судов,
