CC BY
12Список литературы
[1] Зяблов О.К. Программное обеспечение подготовки ремонтной документации для предприятий речного транспорта / О.К. Зяблов, А.Б. Корнев., Е.В. Фунтикова // Речной транспорт (XXI век), №3 (39), 2009. - С. 80 - 82.
[2] Зяблов О.К., Фунтикова Е.В. Структура системы комплексной автоматизации технологической подготовки судоремонтного производства / Международный научно-промышленный форум «Великие реки - 2010»: Труды конгресса - НГАСУ, 2011.
[3] Корпуса стальных судов внутреннего и смешанного плавания. Типовые технологические процессы ремонта. ТТП 212.2002-05-07/ Минтранс России Федеральная служба речного флота ФГУП ЦКБ НПО «Судоремонт». - Н. Новгород: НПО «Судоремонт», 2002. - 148 с.
[4] УР 212.004.012-00. ДРК серийных сухогрузных судов. Общие технические условия на ремонт/ Минтранс России Федеральная служба речного флота ФГУП ЦКБ НПО «Судоремонт». -Н. Новгород: НПО «Судоремонт», 2000. - 242 с.
GRAPHICS MODELING OF REPAIR ITEMS INCLUDED IN HULL AND PROPULSION AND STEERING ASSEMBLY FAULT FINDING SHEETS PRESENTED IN ELECTRONIC FORM
O.K. Zyablov, E. V. Funtikova
Problems connected with the development of an automated system of technology process preparation of ship-repair production are considered. The problems relate to presenting in electronic form both outer hull plating sheets and component measurement cards of propulsion and steering assembly based on fault finding results.
УДК 629.12
Кочнев Ю.А., к.т.н., ассистент ФБОУ ВПО «ВГАВТ», Роннов Е.П., д.т.н, профессор ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, 5А.
ОБОСНОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОБЩЕЙ ПОЛНОТЫ ТАНКЕРА СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ
Рассмотрена целесообразность проектирования танкеров смешанного (река-море) плавания с сверх высокими коэффициентами общей полноты. Предложена методика и приведены результаты тестовых расчётов по обоснованию значения 8 на начальных этапах проектирования, с учётом особенностей линии эксплуатации и вероятностных условий ветра-волнового режима при ходе судна.
В последние годы выявилась тенденция к увеличению коэффициента общей полноты корпуса судна. В работе [1,2] на основе анализа эксплуатации двух судов проекта 005Я8Т01 сделаны выводы о целесообразности применения сверхвысоких коэффициентов общей полноты. При этом не приводится методика, по которой определялась эффективность судов, а главное каким образом учитывалось влияние волнения и потери скорости на мелководье, что весьма актуально для судов с полными обводами. В то же время в [3] справедливо утверждается, что наличие ограниченного фарватера и большие значения коэффициента общей полноты приведут к отрыву пограничного слоя и резкому возрастанию коэффициента сопротивления.
На практике часто возникает необходимость определить оптимальную грузоподъёмность судна, главные размерения которого известны и приняты максимальными
для предполагаемой линии эксплуатации. То есть, задача сводится к обоснованию максимально возможного значения коэффициента общей полноты, так как при его увеличении с одной стороны (при фиксированных главных размерениях) возрастает водоизмещение судна, его грузоподъёмность, следовательно, получаемый доход от перевозок. Но в тоже время растёт мощность энергетической установки, эксплуатационные расходы. Подобная постановка задачи рассматривается, например, в [1].
Математически задача может быть сформулирована следующим образом: пусть вектор исходных данных X составляют длина, ширина, осадка, мощность или скорость хода, архитектурно-конструктивный тип судна, необходимо найти такие значения коэффициента общей полноты, чтобы функция цели достигала экстремума и выполнялись ограничения:
kopt = f (X,8, u ) ^ min (max),
q (X,8, v) = 0 5 e S, (1)
q (X,8,v)> 0 5 e S2,
где
S - ограничения в виде строгих равенств (уравнение масс, плавучести, ходкости); S - ограничения в виде неравенств (условие обеспечения остойчивости, вместимости и т.д.) [4].
Модель оптимизации элементов танкера подробно рассмотрена в [4]. Однако, учитывая существенное влияние на выбор коэффициента 5, точности расчёта ходкости судна рассмотрим этот вопрос подробней. Математически модель ходкости судна в общем виде можно записать следующим образом.
P (n,v,t,U)= R(v,S,U)
■ Ж = f (v, р, t,r, ,U) , (2)
D = Dp (v,\, N, n,W, p, K'n )
где Pe - упор движителя; R - сопротивление воды движению судна; n - частота вращения гребного вала; v - скорость хода; t - коэффициент засасывания;
S = {L,B,T,8,ND,... - вектор характеристик судна; L, B,T,8 - главные элементы судна; N' - вектор характеристик главного двигателя;
U = {Hф1, hj, Bcx,...} - вектор путевых условий; H>, - глубина судового хода на /'-ом участке; h. - волнение j-ой обеспеченности; Bcx - ширина судового хода;
D = {De, H / D,Xp ,re,.... - вектор характеристики гребного винта; D - диаметр гребного винта; X - относительная поступь; Ге - пропульсивный КПД; I - КПД передачи;
- коэффициент попутного потока; р - плотность среды;
- коэффициент мощность-частота вращения.
Принятая методика расчёта сопротивления и скорости хода на глубокой воде и на мелководье рассмотрена в [5], и реализует пересчёт кривой остаточного сопротивления с судна-прототипа с использованием коэффициентов влияния Авдеева, расчёт пропульсивного коэффициента полезного действия движителя по диаграммам для расчёта гребных винтов; и учёт потери скорости на волнении по эмпирической формуле [6]:
где
Аи/и - относительная потеря скорости;
= 0,75й - высота значимых волн; И - высота расчётной волны.
С учётом приведённых зависимостей возможно более точное решение задач, обоснования коэффициента общей полноты.
Для анализа влияние увеличения коэффициента общей полноты на технико-эксплуатационные показатели работы нефтеналивного судна была разработана математическая модель и программное обеспечение оптимизации главных элементов танкеров смешанного (река-море) плавания.
В качестве примера рассмотрим влияние коэффициента полноты на эффективность танкера с размерениями: ¿=135,0 м, 5=16,6 м, 7=4,0 м и постоянной мощностью главных двигателей. Выбранные главные размерения близки к максимальным для эксплуатации судна на ВВП с выходом в Балтийское море на северо-западе, Каспийское и Азовское моря на юге России. На рисунке 1 показана полученная на основе систематических расчётов по модели (1) - (2) зависимость критерия оптимальности танкера от изменения коэффициента общей полноты. При этом в качестве критерия принята относительная прибыль от эксплуатации (рис. 1).
к = I (3)/Пе==шв,
где
П(33) - прибыль при рассматриваемом значении коэффициента полноты, П3 =шт - прибыль при минимальном значении коэффициента полноты.
Рис. 1. Зависимость относительной прибыли танкера от коэффициента полноты
Наличие на графике скачков функции цели более 5% обусловлено прерывностью математической модели, являющееся следствием дискретности ряда двигателей, толщин обшивки корпуса и т.д. Рост коэффициента общей полноты приводит к плавному незначительному росту, а при 5>0,92 можно наблюдать некоторое снижение относи-
тельной прибыли. Подобная тенденция наблюдается и при фиксированной скорости
хода танкера, когда мощность судна изменяется (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость относительной прибыли танкера от коэффициента общей полноты при постоянной скорости (»=18 км/ч)
Из анализа зависимости к = /(б) рисунка 2 видно, что увеличение коэффициента
5 позволяет повысить эффективность танкера. Проанализировать как ведёт себя целевая функция при 5>0,93 не представляется возможным, поскольку авторам не известны аналитические методы расчёта ходкости при столь высоких значения коэффициента общей полноты. К тому же его дальнейшее увеличение приведёт к обводам не характерным для самоходных судов. По нашему мнению этим и объясняется отсутствие подобных методик.
Провозоспособность танкера и его энергозатраты зависят от скорости хода, а, следовательно это должно отражаться и на оптимальном значении коэффициента общей полноты. На рисунке 3 приведён график зависимости критерия оптимальности от коэффициента общей полноты при различных скоростях хода, «сглаженные» по методу наименьших квадратов для танкера с указанными выше главными размерениями.
По этим графикам можно сделать вывод, что с ростом коэффициента полноты, и следовательно, грузоподъёмности, эффективность танкера увеличивается.
к
1.45
1.35 1,25 1.15 1,05 0.95 0.85
¿¿¿Л
".Т. • • ______
0.83
0.85
0.87
0.89
0.91
0.93 6
- ¡7=18.0 ки'ч -■ ¡.'=18.6 км/ч —
- у=19;0 км'ч • ¡.'=19.5 км/ч
-£"=20:0 КМ/Ч 1=20.5 ЕМ'Ч
---¡.1=21.0 км/ч
Рис. 3. Зависимость относительной прибыли танкера от коэффициента полноты и скорости хода при постоянных главных размерениях (Ь=135 м; В=16,6 м; Т=4 м; Р=5085...5920 т)
Следует отметить, что приведённые выше результаты получены без учёта так называемой «внешней» задачи проектирования, когда необходимо освоить грузопоток за определённый срок. Результаты подобного расчёта позволяют только рекомендовать пути повышения эффективности танкера, за счёт увеличения его провозоспособности и показать общее влияние увеличения коэффициента общей полноты при различных скоростях хода судна.
Интересно рассмотреть обратную задачу, то есть, как влияет 5 на эффективность танкера заданной грузоподъёмности. Когда увеличение коэффициента полноты требует соответствующим образом (по условию выполнения уравнения масс и плавучести) изменять осадку судна. изменять при этом длину и ширину, видимо, нецелесообразно, так как это может отрицательно сказаться на грузовместимости судна. На рисунке 4 представлено влияние 5 на критерий эффективности танкера при фиксированной грузоподъёмности, по которому видна противоположная зависимость по сравнению с предыдущей постановкой задачи.
к
1.1
0,7 0,3
0.83 0.84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,9 S
Рис. 4. Влияние коэффициента общей полноты на эффективность танкера при фиксированной грузоподъёмности
Снижение эффективности танкера объясняется увеличением его эксплуатационных расходов и времени рейса, тогда как доход не растёт.
Таким образом выбор сверх высоких значений коэффициента полноты водоизмещения следует считать оправданным, если при этом увеличивается грузоподъёмность судна и за счёт этого доход. Если грузоподъёмность судна зафиксирована, то увеличение 5 в связи с ростом мощности и эксплуатационных расходов не целесообразно.
Список литературы
[1] Егоров Г.В. Проектирование судов ограниченных районов плавания на основании теории риска / Г.В. Егоров. - СПб.: Судостроение - 2007,
[2] Егоров Г., Ефремов Н.А. Суда смешанного «река-море плавания в экономике России // Морской флот. №3. 2008. - с. 15-22.
[3] Горбачёв Ю.Н. К вопросу о некоторых новых тенденциях при проектировании грузовых судов ограниченного района плавания. /Ю.Н. Горбачёв // Судостроение - 2009. - № 5. с. 51-52.
[4] Кочнев Ю.А. Оптимизация танкера смешанного (река-море) плавания / Ю.А. Кочнев // Материалы межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов. «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 12-13 мая 2010 го-да./отв.ред. О.А. Казмина. - СПб.: СПГУВК, 2010. - с. 84-87.
[5] Кочнев Ю.А. Обоснование модели расчёта ходкости судна / Ю.А. Кочнев // 12-й международный научно-промышленный форум «Великие реки '2010». Труды конгресса. Том 2. -Н.Новгород: ННГАСУ 2011. - с. 84-87.
[6] Справочник по теории корабля: в 3-х томах. Т2. Статика судов. Качка судов / под ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение - 1985. - 440 с.
х
STUDY OF BLOCK COEFFICIENT FOR RIVER-SEA TANKER
U.A. Kochnev, E.P. Ronnov
The expediency of designing river-sea tankers with super high block coefficient is considered. The methodics is proposed and the results of test calculations for choosing the value of S are presented at the initial stages of design allowing for peculiarities of exploration routes as well as the probable conditions of wind and wave regime during the progress of a ship.
