Обоснование целесообразности постройки комбинированного судна танкер-контейнеровоз Текст научной статьи по специальности «Математика»

На современных танкерах применяются различные типы ДРК. Существуют проекты судов как с винторулевыми колонками, так и с винтами в поворотных насадках, а также винт и перо руля.

Выполненный анализ позволяет заключить, что при проектировании новых судов определение главных элементов, выбор типа машинной установки или грузовой системы по статистике не всегда корректно. Также нельзя утверждать, что данные значения для существующих судов обосновывались комплексно, а не принимались исходя из небольшого ряда ограничений. Рассмотренные величины и особенности конструкции в значительной мере сказываются на эксплуатационных показателях и при не точном определении увеличат расходы по судну, что в современных условиях не приемлемо. Необходимо оптимизировать проектные параметры, рассматривая различные схемы компоновки и соотношения главных размерений. Только в этом случае можно будет утверждать, что спроектированный танкер наилучший для выполнения поставленных передним задач.

Список литературы

[1] Ефремов Н. А. Повышение перевозочного потенциала речного флота России в современных условиях. - М: По Волге, 2004.

[2] Егоров Г., Ефремов Н. А. Суда смешанного «река-море плавания в экономике России // Морской флот. - № 3. - 2008 - С. 15-22.

DEFINITION OF ELEMENTS AND CHARACTERISTICS OF "SMALL" TANKERS ON INITIAL DESIGN STAGES

J. A. Kochnev

Elements and characteristics of modern tankers of small carrying capacity are analyzed. Statistical dependences for their finding at the designing initial stage are received.

УДК 629.122.456.001.2

Ю. А. Кочней, аспирант.

А. В. Масленников, студент, ВГАВТ.

603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5а.

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПОСТРОЙКИ КОМБИНИРОВАННОГО СУДНА ТАНКЕР-КОНТЕЙНЕРОВОЗ

Рассматривается вопрос целесообразности создания комбинированного судна. Предложена математическая модель, позволяющая на начальном этапе проектирования определить главные размерения и оптимальное количество перевозимых контейнеров.

Предполагается, что к 2015 году судами река-море плавания будет перевозиться грузов в 1,7 раза больше чем в 2007 году [1], [2]. При этом потребность в танкерах смешанного плавания дедвейтом -7000 т. составит ок. 70 ед., а танкеров класса М-СП типа «Лена» дедвейтом -3400 т. - 7 ед., речных нефтеналивных барж - 20-30 ед. По данным того же издания перевозка грузов в контейнерах судами под Российским флагом увеличиться с 30,3 млн. т до 70 млн.т. в 2015 и 150 млн. т. в 2030 г.

Объективным недостатком нефтеналивных танкеров является их загрузка только в одном направлении. Решить данную проблему возможно созданием комбинирован-

пых судов, одним из ярких представителей которого является нефтерудовоз. Однако в настоящее время эти суда не удовлетворяют современным требованиям к нефтеналивным танкерам. К таким танкерам, как к судам, перевозящим опасные грузы, предъявляются требования Регистра, вытекающим из норм международной конвенции МАРПОЛ 73/78. Одним из основных из них является наличие вторых бортов и второго дна строго оговорённых размеров.

Обеспечить данное требование можно при двух видах сечения по мидель-шпангоуту комбинированного судна: с расположением трюмов под контейнеры по бортам и в ДП (рис. 1). Следует отметить, что в первом случае ширина судна будет ограничиваться размерами вылетов грузовых стрел в порту, обеспечивающих грузовые операции на судне. Недостатком варианта представленного на рисунке является наличие вторых бортов, которые уменьшают «полезную» ширину судна. В первом случае функции вторых бортов по предотвращению вылива груза нефти будут выполнять трюмы под контейнеры.

_!_

N / ✓ \ к , Ч|' /,ч У 1 ч С ' ) г ч ' ' ч * ч £ > -1

V \ г грузовэи танк / V Г V ^ ч у ч / грузовой та«к ' ч г ч ' ч )

ч сухс ^ ч К / ч нт&вдег ' 1 ч ПОД г ы ;'ч ' ч

\

дй

Рис. 1. Схема поперечного сечения танкера контейнеровоза

Для танкера со схемой мидель - шпангоута представленного на рис. 1 при заданной грузоподъёмности судна по нефтепродукту, необходимо определить оптимальные размеры грузового танка и сухого трюма по контейнеры.

Представленная ниже математическая модель позволяет найти на начальных этапах проектирования главные размерения и количество контейнеров, которыми может быть загружено в обратном рейсе комбинированное судно.

Длину судна можно представить как сумму длин грузовой зоны ( Ьтр ), машинного отделения, форпика, подруливающего устройства и ахтерпика. Длина грузовой зоны определяется количеством контейнеров. Длина машинного отделения можно определить по формуле:

При одновальной машинной установке

Ьм0 =(11,170-1,948х^х10-3±0,378)х^х10"3, (1)

При двухвальной машинной установке

Ьм0 = (15,308-2,794x7/х10-3 ±0,61)хЛх10'3, (2)

где N - суммарная мощность главных двигателей, кВт.

Следует отметить, что все статистические формулы получены для «чистого» танкера, и только с некоторой степенью допущения могут быть применены для комбинированного судна.

Ширина судна, если грузоподъёмность по нефти задана, определяется по формуле: В = Ьташов +Ьд0 + пвЬк + (пв + \)АЬК, (3)

где Ьтатов - суммарная ширина грузовых танков, м;

Ьдб - суммарная ширина двойных бортов;

пв,пИ - соответственно количество контейнеров по ширине и высоте судна; АЬК - расстояние между контейнерами.

Суммарная ширина грузовых танков определяется следующим образом:

^танков

Р.,

^тр{н -Ьвд\\-£)рИ '

(4)

-"тр \

где Р„ - грузоподъёмность по нефти, т; Н - высота борта судна; Ивд - высота междудонного пространства; е - коэффициент потери на набор; р1 - плотность нефтепродукта. Высота борта рассчитывается по формуле:

Н =пнК+Кд~Ком, (5)

где Иком - высота комингсов люков

ЬК,ИК- соответственно ширина и высота контейнера;

Определить скорости хода судна на данном этапе допустимо с использованием формулы адмиралтейского коэффициента. Необходимое для этого водоизмещение, представляется суммой водоизмещения порожнем О0 и дедвейта.

Водоизмещение судна порожнем может быть определено по полученной статистической формуле:

=1143,56 + 9,259х£ВЯх10"2 ±157 (5)

Адмиралтейский коэффициент находится в зависимости от полного водоизмещения по следующей формуле:

Са =1392,82 + 0,0248 х£>± 238, (6)

где - полное водоизмещение судна, т.

Время рейса учитывает ход судна в грузу (с нефтью в прямом рейсе и с контейнерами в обратном), время на погрузку и разгрузку, а также затраты на технические мероприятия.

Затраты на перевозку грузов определяет сумма затрат на заработную плату, единый социальный налог, затраты на бесплатное питание, расходы на топливо и масло, амортизационные отчисления, затраты на ремонт и на малоценные и быстроизнашивающиеся предметы.

Доходы от перевозки грузов определяются следующей формулой:

Д = {Рн+Нкхк)хТнхпр, (7)

где - общее число контейнеров;

к = ТК/ТН - соотношение тарифных ставок на перевозку одного контейнера и одной тонны нефтепродукта;

Тк - тарифная ставка на перевозку 1 контейнера;

Т„ - тарифная ставка на перевозку 1 тонны нефтегруза; пр - количество рейсов за навигацию.

По приведённой математической модели разработана программа, позволяющая на начальных этапах проектирования определить главные размерения судна и количество контейнеров, дающее наибольшую прибыль от совместных перевозок с заданным количеством нефтепродуктов.

В ходе выполнения программы варьируется количество контейнеров по длине, высоте, ширине судна. Алгоритм работы можно описать следующим образом:

1. При заданном количество контейнеров по длине судна, определяется длина грузовой зоны;

2. При заданном количество контейнеров по высоте, определяется высота борта судна;

3. Рассчитывается прибыль от «чистого» танкера с известной длиной грузовой зоны и высотой борта;

4. Выбирается количество контейнеров по ширине;

5. Рассчитывается прибыль от комбинированного судна при различных значениях соотношений тарифных ставок на перевозку одного контейнера к одной тонне нефтепродукта;

6. Рассчитывается относительное значение прибыли П = Пчг/Пгк , где П,гг - прибыль от чистого танкера;

Птк - прибыль от комбинированного судна.

По разработанной программе рассчитаны танкера с грузоподъёмностью 3000, 5000 и 7000 т. при заданном количестве 20 футовых контейнеров по длине (12 шт.) и высоте (3 шт.). Мощность главных двигателей 2000 кВт. Результаты расчёта представлены на рис. 2-4.

п

Рис. 2. Зависимость относительной прибыли танкера |рузоподъСмносгью 3000 т при различных соотношениях тарифной ставки

П

Рис. 3. Зависимость относительной прибыли танкера грузоподъемностью 5000 т при различных соотношениях тарифной ставки

Рис. 4. Зависимость относительной прибыли танкера грузоподъемностью 7000 т при различных соотношениях тарифной ставки

Из графиков видно, что на увеличение или уменьшение прибыли от изменения числа контейнеров влияет соотношение тарифных ставок. Причём, чем больше грузоподъёмность по нефти, тем это соотношение должно быть выше, чтобы перевозка на судне контейнеров становилась рентабельней.

Чтобы показать, как изменение количества контейнеров по длине (п1) и высоте (пЬ) влияет на относительную прибыль, построены графики на рисунках 5, 6, 7, при фиксированном значении соотношения тарифных ставок, для танкеров с теми же заданными грузоподъёмностями по нефтепродуктам.

п

—п1=12.пП=2—■—пк=12.пЬ=3 п1=13,пЬ=2 —п|=13,пЬ=3

Рис. 5. Зависимость относительной прибыли танкера грузоподъемностью 3000 т при к = 6 от количества контейнеров по ширине

—•— п1=12. пЬ=3 —■— п1=13, пЬ=2 —ь— п1=13. гЛ=3 —*— п1=14. пЬ=2

Рис, 6. Зависимость относительной прибыли танкера грузоподъемностью 5000 т при к = 6 от количества контейнеров по ширине

П

1,06 i.........

Рис. 7. Зависимость относительной прибыли танкера грузоподъемностью 7000 г при к = 6 от количества контейнеров по ширине

Можно рассмотреть другой вариант решения задачи. Для танкера с заданными главными размерениями определить оптимальное соотношение грузоподъёмноетей по нефти и контейнерам. Ограничение главных размерений целесообразно у судов смешанного (река-море) плавания. Из условия прохождения гидросооружений на внутренних водных путях ширина судна должна быть не более 16,6 м., а длина - 140 м. Примерно дедвейт танкера река-море плаваниях максимальными размерами в плане равен 5000-6000 т. Высота борта такого танкера будет около 7 м, что позволит разместить в нём 3 стандартных контейнера по высоте. По указанным исходным данным посчитан доход от комбинированного судна. Результаты расчёта представлены на рисунке 9.

-^к— к=21 —к=2б —•—к=31 -к=3б

Рис. 8. Зависимость относительной прибыли при фиксированных главных размерениях от количества контейнеров по ширине

Аналогично рисункам 5-7 характер изменения относительной прибыли зависит от соотношения тарифных ставок. Район перехода от убыточности к рентабельности более высок, что объясняется влиянием на доход не только числа контейнеров, но и массы перевозимого груза нефтепродукта, тогда как в первом варианте задачи эта величин постоянна.

Если рассмотреть частный случай задачи: для комбинированного судна с заданными размерами Ь. В, Т, Н и принятой длиной грузового района найти соотношение грузоподьемностей по наливным и сухим грузам (контейнерам) на судне, при котором суммарный доход от прямой и обратной загрузки будет наибольшее.

Поскольку рассматривается одно и то же судно можно пренебречь разницей в расходах при различной загрузке. Доход, полученный за круговой рейс при котором в прямом направлении судно везет нефтепродукты, а в обратном контейнеры:

Д = РнхТ„+МкхТИ (8)

Грузоподъёмность судна по нефтепродукту будет определяться формулой 9.

рн =[{В-Ьдб-пьхЬк)х1трх(Н-Иед))р11 (9)

где 1тр - длина грузовой зоны. Количество контейнеров:

(10)

К к

Следует отметить, что при расчёте числа контейнеров предполагается их расположение по высоте только до уровня верхней палубы, т. е. не учитываются комингсы грузовых люков. Расстояние между контейнерами учтено условным увеличением стандартного размера контейнеров.

Подставляя полученные выражения, уравнение для нахождения суммарного дохода будет иметь вид:

Д = \в-Ьдб-ПЬ хЬк)хЬтр X(Н-Н*)К хГ„ х^-хТК (11)

В качестве примера рассматривается судна со следующими элементами: 1тр = 84,5 м, В = 16,5 м, Н = 6,1 м, Ь,)б = 2,0 м, Ит) = 1,1 м, рн = 0,85 т/м\ 1К = 6,5 м,

Ик = 2,5 м, Ьк = 2,5 м.

После подстановки указанных величин в уравнение 11 получаем:

Д = (5,8-п„)х897,81хГ„ +26хл8 хТк (12)

Если перейти к соотношению тарифных ставок:

Д = [(5,8-пв)х897,81 + 26хпв хк]хТн (13)

По полученному уравнению проанализирована возможная экономическая эффективность комбинированного судна при различных отношениях тарифной ставки и различных значениях количества контейнеров в ряду.

Таблица

Зависимость дохода от чисча контейнеров в ряду и отношения тарифных ставок

контейнеров в ряду Отношение та эифных ставок

10 20 30 40

0 9373,14 9373,14 9373,14 9373,14

1 8225,08 8693,08 9161,08 9629,08

2 7077,02 8013,02 8949,02 9885,02

3 5928,96 7332,96 8736,96 10140,96

4 4780,90 6652,90 8524,90 10396,90

5 3632,85 5972,85 8312,85 10652,85

По данным таблицы построены следующий график

12 10 в б 4 2 0

0 12 3 4

» Тк/Т н=10 ■ Тк/Тн=20

—•— Тк/Тн=40 —*—Чистый танкер

а

Рис. 9. Зависимость прибыли при фиксированных главных разорениях от количества контейнеров по ширине

Поскольку данная задача является частным случаем предыдущей, результаты приведённые на рисунке 8 и 9 похожи. В последнем случае переход в прибыльность комбинированного судна при более высокое соотношение тарифных ставок объясняется принятыми допущениями и не учётом расходов.

Целесообразность создания комбинированного определяется соотношением тарифных ставок, количеством и расположением контейнеров по ширине, высоте, длине, грузоподъёмностью. Из приведённых графиков видно, как перечисленные величины влияют на эффективность комбинированного судна по сравнению с «чистым» танкером. Можно сделать общий вывод, что соотношение тарифных ставок на перевозку фузов должно быть не менее 6. Но в каждом конкретном случае, для нахождения оптимальных соотношений вместимостей по видам груза необходимо проводить подобный расчёт, так как даже незначительное изменение некоторых величин существенно сказывается на относительной прибыли судна.

Список литературы

[1] Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2002 года и на дальнейшую перспективу. Утверждена приказом Минпромэнерго России № 354 от 6 сентября 2007 г. // Судостроение. - 2007,- № 6. - С 7-11, 30-34, 44-49.

[2] Захаров И., Егоров Г. Оценка потребности России в новых судах // Морской флот. - № 2. -2009.-С. 42-49.

EXPEDIENCY SUBSTANTIATION OF THE CONSTRUCTION OF THE COMBINED VESSEL THE TANKER-CONTAINER CARRIER

./. A. Kochnev, A. V. Maslennikov

The question of expediency of the creation of the combined vessel is considered. The mathematical model allowing at the initial stage of designing to define the principal dementions and optimum quantity of transported containers is offered.

ioA-3 a. Y.e.

s < — Тк/Тн=30