CC BY
309
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
DOI: 10.24143/2073-1574-2018-2-55-61 УДК 629.12-8
А. Н. Соболенко
РАСЧЁТ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ СУДНА ПО ЗНАЧЕНИЮ ЕГО ДЕДВЕЙТА
При проектировании мощности судовой энергетической установки водоизмещение является ключевым параметром как при расчётах с использованием формул адмиралтейских коэффициентов, так и с использованием диаграмм модельных испытаний. Исходя из физической сущности водоизмещения и дедвейта судна, было предположено, что между ними существует тесная взаимосвязь. На основании исследования характеристик 45 судов, включающих танкеры, газовозы, транспортные суда, приёмно-транспортные рефрижераторы, и 36 судов промыслового флота выполнен анализ взаимосвязи дедвейта и водоизмещения. Для определения их взаимозависимости была использована компьютерная программа Advanced Grapher, позволяющая устанавливать взаимосвязь двух параметров по семи видам функций: линейной, гиперболической, логарифмическая, степенной, экспоненциальной, показательной, полиномиальной. Все суда были разделены на четыре группы: танкеры и газовозы, суда транспортного флота (сухогрузы, теплоходы, лесовозы, контейнеровозы), приёмно-транспортные рефрижераторы, суда промыслового флота (супертраулеры, большие морозильные рыболовные траулеры (БМРТ), рыболовные траулеры морозильники (РТМ), средние рыболовные траулеры морозильники (СРТМ). Для каждой группы была подобрана формула, наилучшим образом описывающая взаимосвязь дедвейта и водоизмещения. В результате выполненного анализа установлено, что для судов транспортного флота эта взаимосвязь наилучшим образом описывается полиномиальной функцией, а для остальных -степенной. Значения коэффициентов корреляции находятся в пределах R = 0,962 - 0,998. Полученные зависимости достаточно точны, поэтому рекомендуется использовать их в практике эскизного проектирования новых судов, а также при выполнении выпускных квалификационных работ для направления подготовки 26.00.00 «Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта».
Ключевые слова: судно, водоизмещение, дедвейт, корреляция, судовые энергетические установки, эскизное проектирование.
Введение
В практике проектирования судовых энергетических установок (СЭУ) важным исходным параметром является водоизмещение судна. Этот параметр входит в формулу адмиралтейских коэффициентов при моделировании мощности энергетической установки судна [1-5]: - для мощности, подведённой к гребному винту, кВт:
ne =
a(2/3v
- для буксировочной мощности:
n6 =
с
a(2/3)v3
сб
и в формулу профессора В. В. Давыдова [2]:
д(1/2У-25
N. =■
s
C
где Ne - мощность, подведённая к гребному винту; N - буксировочная мощность; А - полное водоизмещение судна, т; vs - скорость судна, уз; Се, Сб, С - постоянные коэффициенты, которые определяются на номинальном режиме.
При расчётах мощности СЭУ с использованием диаграмм модельных испытаний [1, 2, 5] буксировочная мощность определяется по формуле
N = т,
где V- скорость судна; R - буксировочное сопротивление:
R = 0,5р0
где р - плотность воды, в которой движется судно; О - смоченная поверхность корпуса судна;
- коэффициент остаточного сопротивления корпуса судна; - коэффициент надбавки на выступающие части корпуса судна.
Смоченная поверхность корпуса судна определяется по формуле
Q = Ld
в
1,97 +1,37 (5 - 0,274) ^
где L - расчётная длина корпуса судна; d - осадка корпуса судна; В - ширина корпуса судна; 5 - коэффициент общей полноты корпуса судна.
Коэффициент общей полноты корпуса судна определяется по формуле
5 = 4
р LB d
Таким образом, такой параметр, как водоизмещение судна, является важнейшим для определения мощности судовой энергетической установки при заданной скорости судна. Однако при выборе в качестве прототипа современного судна величина водоизмещения не указывается в характеристиках судна. Судостроители в качестве основных показателей своих судов приводят такие параметры, как скорость судна, дедвейт и чистую грузовместимость.
По классическому определению [4] дедвейт - это величина, равная сумме масс переменных грузов судна, измеряемая в тоннах, т. е. сумма массы полезного груза, перевозимого судном, массы топлива, масла, технической и питьевой воды. Но по значению дедвейта невозможно рассчитать мощность энергетической установки, обеспечивающую заданную скорость судна.
Водоизмещение А обычно представляют в виде двух составляющих:
А = Ао + Dw,
где А0 - водоизмещение порожнем; DW - дедвейт - масса всех переменных грузов на судне, которые не относятся к водоизмещению порожнем.
В водоизмещение порожнем входят: масса корпуса судна, масса оборудования, масса инвентаря, масса готовой к эксплуатации энергетической установки с запчастями и необходимым снабжением, масса остаточной воды в льялах и цистернах и т. п.
Методы и результаты исследования
Мы предположили, что дедвейт и водоизмещение имеют определённую взаимозависимость, т. к. чем больше грузоподъёмность и вес судна с запасами, тем больше водоизмещение.
Для проверки данного предположения мы выполнили анализ взаимосвязи между дедвейтом и водоизмещением ряда судов транспортного, танкерного и промыслового флотов [6]. Данные по водоизмещению и дедвейту этих судов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Данные по значениям дедвейта и водоизмещения ряда морских судов
Тип судна Дедвейт, Dm т Водоизмещение, W, т
Танкеры и газовозы
Газовоз типа «Mazah» 125 600 163 922
Газовоз типа «British Emerald» 102 000 149 498
Газовоз типа «Моссовет» 55 728 78 295
Газовоз «Canter Navali» 55 728 78 295
Танкер типа «Калининграднефть» 5 873 8 913
Танкер типа «Крым» 150 000 180 000
Суда транспортного флота
Сухогруз «Гамзат Цадаса» 15 145 21 380
Сухогруз «Иван Сирых» 13 950 19 725
Сухогруз «Комсомолец Казахстана» 8 230 11 770
Сухогруз «Пестово» 12 007 18 560
Сухогруз «Григорий Алексеев» 23 606 30 607
Сухогруз «Острогожск» 15 052 21 140
Т/х «Старый большевик» 8 230 11 830
Т/х «Восточный» 12 475 17 900
Т/х «Амгуэма» 9 047 14 470
Т/х «Уссурийск» 13 050 18 180
Т/х «Оренбург» 14 851 21 140
Т/х «Ованес Туманаян» 15 100 21 380
Т/х «Енисей» 7 176 12 600
Т/х «Хо Ши Мин» 12 652 18 270
Т/х «Уссурийск» 13 050 18 180
Лесовоз «Анадырьлес» 5 924 9 330
Лесовоз «Алданлес» 6 495 9 940
Лесовоз «Ангаралес» 6 432 9 930
Контейнеровоз типа Художник Сарьян 14 400 22 740
Контейнеровоз «Рубцовск» 6 600 9 930
Контейнеровоз «Павлово» 6 200 9 764
Приёмно-транспортные рефрижераторы
ПТР «Охотское море» 12 500 22 100
ПТР «50 лет СССР» 11 550 19 600
ПТР «Амурский залив» 11 816 18 896
ПТР «Остров Русский» 10 200 15 719
ПТР «Карл Либкнехт» 8 202 15 111
ПТР «Алмазный берег» 9 600 16 851
ПТР «Комсомолец Приморья» 9 400 16 600
ПТР «Прибой» 8 750 15 500
ПТР «Камчатские горы» 9 550 15 730
ПТР «Ахтарский лиман» 6 560 10 720
ПТР «Ветер» 5 220 9 120
ПТР «Сибирь» 5 170 9 800
ПТР «Севастополь» 4 230 8 970
ПТР «Тарханск» 5 816 10 010
ПТР «Бухта Русская» 4 910 9 510
ПТР «Татарстан» 1 961 4 207
ПТР «Радужный» 505 1 202
ПТР «Кировец» 76 242
Суда промыслового флота
Супертраулер «Наталия Ковшова» 4 501 9 539
Супертраулер «Горизонт» 3 145 7 972
Супертраулер «Спрут» 3 541 8 473
Супертраулер «Антарктида» 2 578 8 066
Супертраулер «Моонзунд» 3 459 9 260
Тунцеловная база «Ленинский луч» 3 056 7 160
БМРТ «Прометей» 2 117,2 5 367,6
БМРТ «Пулковский меридиан» 1 904 5 720
БМРТ «Иван Бочков» 1 759 4 947
БМРТ «Алтай» 2 490 6 470
БМРТ «Грумант» 2 570 5 560
БМРТ «Рембрандт» 2 560 5 684
БМРТ «Лесков» 1 378 3 678
БМРТ «Маяковский» 1 460 3 800
БМРТ «Пионер Латвии» 1 144 3 676
БМРТ «Кронштадт» 1 182 3 800
Окончание табл. 1
Тип судна Дедвейт, Dm т Водоизмещение, W, т
БМРТ «Лучегорск» 1 150 3 725
РТМ «Атлантик» 1 150 3 362
РТМ «Атлантик-П» 1 213 3 382
НИС «Атлантик 833» 617 2 508
НИС «Эврика» 1 025 3 416,5
НИС «Академик Книпович» 1 383 3 870
НИС «Одиссей» 1 070 3 875
НИС «Гидронавт» 256 1 263
УТР «Николай Зыцарь» 4 390 8 996
УПС «Пеленгатор» 2 498 5 560
УС пр.1361У 191 1 225
РТМ «Аталантик-333» 772 2 508
ТСМ «Орлёнок» 663 1 767
СРТМ «Железный поток» 394 1 192
СРТМ «Василий Яковенко» 400 1 220
СРТМ «Ольга» 300 992
СРТР «Баренцево море» 535 1 940
СРТР «Саргасса» 309 963
СТР «Альпинист» 341 1 202
СТР «Надёжный» 208 781
Все суда были разделены на четыре группы:
1) танкеры и газовозы;
2) суда транспортного флота (сухогрузы, теплоходы, лесовозы, контейнеровозы);
3) приёмно-транспортные рефрижераторы;
4) суда промыслового флота (супертраулеры, большие морозильные рыболовные траулеры (БМРТ), рыболовные траулеры морозильники (РТМ), средние рыболовные траулеры морозильники (СРТМ).
С помощью программы Advanced Grapher [7] мы проанализировали возможные формулы взаимосвязи дедвейта и водоизмещения: линейная (y = ax + b), гиперболическая (y = a/x + b), логарифмическая (y = aln(x) + b), степенная (y = axb), экспоненциальная (y = aexp(bx)), показательная (y = abx), полиномиальная (y = b + ajx + a2x2 + a3x3 + ... + a„xn). Для каждой группы судов была принята формула, наилучшим образом описывающая взаимосвязь дедвейта и водоизмещения.
По результатам выполненного анализа получены формулы взаимосвязи дедвейта и водоизмещения исследуемых судов. Формулы и значения коэффициентов корреляции R для каждой формулы представлены в табл. 2.
Таблица 2
Расчётные корреляционные формулы взаимосвязи дедвейта (Оц) и водоизмещения (А) и значения коэффициентов корреляции для разных типов судов
Тип судна Формула Коэффициент корреляции
Танкеры и газовозы А = 2,388 • Dw °'9416 0,998
Приёмно-транспортные рефрижераторы А = 5,40 • DW"-S15 0,997
Суда транспортного флота А = -1,4255-10-5 • Dw2 + 1,627 • DW + 169 0,990
Суда промыслового флота А = 11,695 • Dw0'8048 0,962
Графики, рассчитанные по полученным формулам, и экспериментальные значения приведены на рис. 1, 2.
Водоизмещение, т 220 000 198 000 176 000 154 000 132 000 110 000 88 000
и
66 000 44 000 22 000 0
0 18 000 36 000 54 000 72 000 90 000 108 000 126 000 144 000 162 000
Дедвейт, т
Рис. 1. Взаимосвязь дедвейта и водоизмещения для танкеров и газовозов
<и «
И
<и
а
<и
а
со «
о Ч О
т
30 8000 28 000
25 200 22 400 19 600 16 800 14 000 11 200 8 400 5 600 2 800 0
1 1
Суда транспо ртного ф лота
Приём но-транс портные рефриж ераторы
•
Суда пр омыслов ого фло а ■ /
\ • •Зг л
\ ж
г
О
0 2 800 5 600 8 400 11 200 14 000 16 800 19 600 22 400 Дедвейт, т ■ Суда транспортного флота • Приёмно-транспортные рефрижераторы Суда промыслового флота (супертраулеры, БМРТ, РТМ, СРТМ, УПС, НИС)
Рис. 2. Взаимосвязь дедвейта и водоизмещения для судов транспортного флота, приёмно-транспортных рефрижераторов и судов промыслового флота
Значения коэффициента корреляции находится в пределах R = 0,962-0,998, т. е. он достаточно высок.
Как видно из рис. 1 и 2, все точки на графике достаточно плотно группируются вокруг подобранных линий для судов всех типов. Это свидетельствует о хорошем совпадении расчётных зависимостей с исходными данными.
Однако следует иметь в виду, что приведённые в табл. 2 зависимости применимы при следующих значениях дедвейта:
- для танкеров и газовозов: 4 600-150 000 т;
- для приёмно-транспортных рефрижераторов: 76-12 500 т;
- для судов транспортного флота: 5 924-23 606 т;
- для судов промыслового флота: 208-4 501 т.
При других значениях дедвейта использовать формулы из табл. 2 следует с осторожностью. Для определения размерений нового судна можно воспользоваться масштабным множителем, основываясь на данных размерений судна-прототипа и его водоизмещения. Масштабный множитель для расчётных размерений [1, 2]:
где А - водоизмещение проектируемого судна; Д0 - водоизмещение судна-прототипа с известными размерениями. Тогда L = L0^; В = В0Х; d = d0L
Заключение
Зависимости водоизмещения от дедвейта для танкеров и газовозов, приёмно-транспортных рефрижераторов и судов промыслового флота наилучшим образом аппроксимируются степенной зависимостью, для транспортных судов - полиномом второй степени.
Полученные зависимости достаточно точны, поэтому можно рекомендовать их к использованию в практике эскизного проектирования новых судов, в том числе и при выполнении выпускных квалификационных работ для направления подготовки 26.00.00 «Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта».
1. ВойткунскийЯ. И. Справочник по теории корабля. Л.: Судостроение, 1985. 768 с.
2. АшикВ. В. Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1985. 318 с.
3. Смирнов М. Н. Определение мощности СЭУ // Молодой учёный. 2017. № 4 (138). С. 44-49. URL: https://moluch.ru /archiol/ 138/38811/ (дата обращения: 11.12.2017).
4. Морской энциклопедический справочник. В 2-х т. / Под ред. акад. Н. Н. Исанина. Л.: Судостроение, 1987. 1040 с.
5. Соболенко А. Н., Симашов Р. Р. Судовые энергетические установки: дипломное проектирование: учеб. пособ. М.: Моркнига, 2015. Ч. I. 428 с.
6. Флот рыбной промышленности: справ. типовых судов. М.: Транспорт, 1990. 385 с.
7. Advanced Grapher - приложение, которое используется для работы с различными графиками. URL: http://aU-freeload.net/obrazovanie/1700-advanced-grapher (дата обращения: 13.12.2017).
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
Статья поступила в редакцию 23.01.2018
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Соболенко Анатолий Николаевич — Россия, 690003, Владивосток; Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского; д-р техн. наук, профессор; профессор кафедры судовых двигателей внутреннего сгорания; [email protected].
A. N. Sobolenko
CALCULATION OF DISPLACEMENT WITH DEADWAIGHT USAGE
Abstract. When designing the capacity of a ship power plant, displacement is a key parameter both in calculations using the formulas of admiralty coefficients, and using diagrams of model tests. Taking into consideration physical essence of vessel displacement and deadweight, it has
been assumed that there is a close correlation between them. On the basis of the analysis of 45 vessels including tankers, gas carriers, transport carriers, transport refrigerators, and 36 fishing vessels there has been carried out the analysis of correlation between deadweight and displacement. Advanced Grapher computer program has been used to reveal correlation between these two parameters, which allows to reveal correlation between two parameters using seven functions: linear, hyperbolic, logarithmic, power, exponential, indicative, and polynomial. All vessels have been divided into four groups: tankers and gas carriers, transport vessels (bulk carriers, motor ships, timber carriers, container ships), transport refrigerators, fishing fleet vessels (supertrawlers, big freezing fishing trawlers, full freezer trawlers, mid-size full freezer trawlers). For each group there was found the best correlation formula describing relation between deadweight and displacement. Following the analyses it has been stated that polynomial function is the best to describe correlation for transport vessels, and power function answers the others. Correlation coefficient values are within R = 0.962 ^ 0.998. The dependences obtained are quite exact, so they are recommended to use in practice of schematic design of new vessels, and in preparing the final qualification papers for training area 26.00.00 "Technique and technology of shipbuilding and the water transport".
Key words: vessel, displacement, deadweight, correlation, schematic design.
REFERENCES
1. Voitkunskii Ia. I. Spravochnik po teorii korablia [Reference book on ship theory]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1985. 768 p.
2. Ashik V. V. Proektirovanie sudov [Ship design]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1985. 318 p.
3. Smirnov M. N. Opredelenie moshchnosti SEU [Analysis of capacity of ship power plant]. Molodoi uchenyi, 2017, no. 4 (138), pp. 44-49. Available at: https://moluch.ru /archiol/138/38811/ (accessed: 11.12.2017).
4. Morskoi entsiklopedicheskii spravochnik. V 2-kh tomakh. Pod redaktsiei akademika N. N. Isanina [Marine Encyclopedic reference book. In two volumes. Edited by academician N. N. Isanin]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1987. 1040 p.
5. Sobolenko A. N., Simashov R. R. Sudovye energeticheskie ustanovki: diplomnoe proektirovanie: uchebnoe posobie [Ship power plants: diploma project: teaching aid]. Moscow, Morkniga Publ., 2015. Part I. 428 p.
6. Flot rybnoi promyshlennosti: spravochnik tipovykh sudov [Commercial fishing fleet: Reference book on standard type ships]. Moscow, Transport Publ., 1990. 385 p.
7. Advanced Grapher - prilozhenie, kotoroe ispol'zuetsia dlia raboty s razlichnymi grafikami [Advanced Grapher - an application usable for work with graphs]. Available at: http://all-freeload.net/obrazovanie/1700-advanced-grapher (accessed: 13.12.2017).
The article submitted to the editors 23.01.2018
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Sobolenko Anatoly Nickolaevich — Russia, 690003, Vladivostok; Maritime State University named after Admiral G. I. Nevelskoy; Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department of Ship Internal Combustion Engines; [email protected].
