Рекомендации по вопросам прочности судов "река-море" плавания по классификации Резолюции №61 ЕЭК ООН Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 629.12

В.П. Лобастов, Е.В. Зеличенко, А.В. Скворцов

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВОПРОСАМ ПРОЧНОСТИ СУДОВ «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ ПО КЛАССИФИКАЦИИ РЕЗОЛЮЦИИ №61 ЕЭК ООН

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Цель данной работы заключалась в продолжении исследования приоритетного направления в сфере водного транспорта, в частности, судов типа «река-море». Рассмотрены результаты разработки технических предписаний ЕЭК ООН применительно к судам «река-море» плавания. Изложены рекомендации по вопросам прочности судов «река-море» плавания по классификации Резолюции №61 ЕЭК ООН.

Ключевые слова: ЕЭК ООН, Резолюция №61, глава 20В, суда «река-море» плавания, Правила классификации и постройки судов смешанного (река-море) плавания (ПССП), корпус, прочность корпуса.

Реализация результатов разработки технических предписаний ЕЭК ООН применительно к судам «РЕКА-МОРЕ» плавания

Учитывая известные преимущества судов «река-море» плавания [1] в пересмотренное издание Резолюции №61 «Рекомендации, касающиеся согласованных на европейском уровне технических предписаний, применимых к судам внутреннего плавания», по предложению Рабочей группы SC.3 по внутреннему водному транспорту Комитета внутреннего транспорта ЕЭК ООН, была включена глава 20В «Особые положения, применяемые к судам «река-море» плавания» [2, 3].

В основу работы над главой 20В был положен базовый документ, представленный Российской Федерацией относительно возможного способа и методологии разработки технических требований к судам типа «река-море» плавания [4]. Предполагалось, что на основе исходных материалов этого базового документа первоначальная редакция отдельных блоков будущих предписаний по просьбе рабочей группы будет подготовлена экспертами Российской Федерации и других стран.

В нашей стране разработка предложений по техническим предписаниям ЕЭК ООН к судам «река-море» плавания для включения их в главу 20В Резолюции №61 «Рекомендации, касающиеся согласованных на европейском уровне технических предписаний, применимых к судам внутреннего плавания» была поручена Российскому Речному Регистру (далее РРР).

Техническое руководство осуществляли В.Т. Огарков - Главное управление РРР, В.П. Лобастов - Верхне-Волжский филиал РРР.

Техническое сопровождение проводили В.Ю. Иванова, Ю.Н. Вериш и В.В. Воронцов - Главное управление РРР.

Активное участие в разработке предложений по техническим предписаниям принимали специалисты нижегородской корабельной школы П.И. Бажан - Центр разработки Правил РРР, В.А. Зуев, Е.В. Зеличенко - НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

Для целей главы 20В были установлены следующие условия и зоны плавания судов в

море:

i) ограниченная зона между портами одной страны, в которой допускаются к плаванию суда внутреннего плавания с эксплуатационными ограничениями по временам года и волнению при выполнении специальных требований администрации и/или признанного классификационного общества к мореходным характеристикам, остойчивости, конструкции

© Лобастов В.П., Зеличенко Е.В., Скворцов А.В., 2015.

корпуса, механизмам и электрооборудованию, навигационному оборудованию и средствам связи;

п) зона ЯБ 2,0 (высота волны до 2,0 м (здесь и далее высота волны означает высоту волны 3%-ной обеспеченности)): морские районы в конкретных географических границах бассейнов, в которые допускаются суда «река-море» плавания с ограничениями по временам года;

ш) зона ЯБ 3,0 (высота волны до 3,0 м): морские районы в конкретных географических границах бассейнов, в которые допускаются суда «река-море» плавания с ограничениями по временам года;

¡у) зона ЯБ 3,5 (высота волны до 3,5 м): морские районы в конкретных географических границах бассейнов, в которые допускаются суда «река-море» плавания с ограничениями по временам года;

у) зона ЯБ 4,5 (высота волны до 4,5 м): морские районы, в которые допускаются суда «река-море» плавания: в закрытых морях при удалении от мест убежища до 100 миль (расстояние между местами убежища до 200 миль), в открытых морях при удалении от мест убежища до 50 миль (расстояние между местами убежища до 100 миль);

у1) зона ЯБ 6,0 (высота волны до 6,0 м): морские районы, в которые допускаются суда «река-море» плавания: в закрытых морях при удалении от мест убежища до 100 миль (расстояние между местами убежища до 200 миль), в открытых морях при удалении от мест убежища до 50 миль (расстояние между местами убежища до 100 миль).

При назначении условий плавания судов зоны ЯБ 4,5 и ЯБ 6,0 учитывалось, что:

- «закрытые моря» - обособленные сушей внутриматериковые и средиземные, соединяющиеся с океанической акваторией узкими проливами, моря, отличающиеся от океанической акватории соленостью и температурой воды, характером течения, приливами и ветро-волновым режимом;

- «открытые моря» - окраинные моря, хорошо сообщающиеся с океанической акваторией, воды которых мало отличаются от океанических по солености, температуре, течениям, приливам и ветро-волновому режиму.

При подготовке предложений по вопросам прочности судов «река-море» плавания было учтено, что:

- согласно требованиям п. 20В-1.3 Резолюции №61 суда «река-море» плавания должны быть построены под наблюдением признанного классификационного общества в соответствии с его Правилами классификации;

- районы плавания, характеризующиеся волнением в диапазоне к3%% от 2,0 до 3,5 м классифицированы РРР и имеют отработанные и проверенные многолетним опытом эксплуатации судов «река-море» плавания нормативы в части эксплуатационных ограничений по временам года, географии района плавания и волнения, по мореходным характеристикам, прочности, остойчивости, непотопляемости, конструкции корпуса и др.;

- изменения условий плавания судов в районах, характеризующихся волнением И3%% 4,5 м (увеличение допустимого волнения, возможность эксплуатации на трассах, характеризуемых большим удалением от места убежища, и в более бурных районах и сезонах) исследовано РРР и принимая во внимание длительный и, в целом, положительный опыт эксплуатации судов на волнении в диапазоне волн И3%% от 2,0 до 3,5 м - классифицировано РРР;

- районы плавания, характеризующиеся волнением И3% от 4,5 до 6,0 м классифицированы также Российским Морским Регистром судоходства (далее РМРС).

При этом суда «река-море» плавания, по классификации РРР, совершающие международные рейсы, должны удовлетворять также требованиям международных конвенций.

В табл. 1 представлена информация о нормативной базе российских классификационных обществ, которая может быть использована при проектировании, строительстве и испытании судов различных зон плавания по классификации Резолюции №61.

Таблица 1

Идентификация зон плавания судов в море по Резолюции №61 и классов судов

РРР и РМРС

Зоны плавания по классификации Резолюции №61 Класс судна по классификации РРР Класс судна по классификации РМРС

ЯБ 2,0 1) О-ПР 2,0 -

ЯБ 3,0 2) М-ПР 2,5 -

ЯБ 3,5 3) М-СП 3,5 R3-RSN

ЯБ 4,5 4) М-СП 4,5 Я2-RSN (4,5)

ЯБ 6,0 - R2-RSN

Примечания: 1) - с использованием требований Правил РРР для судов класса «О-ПР 2,0»;

2) - с использованием требований Правил РРР для судов класса «М-ПР 2,5»;

3) - с использованием требований Правил РРР для судов класса «М-СП 3,5»;

4) - с использованием требований Правил РРР для судов класса «М-СП 4,5».

География морских районов плавания судов с классом О-ПР, М-ПР, М-СП, Я3-ЯБ^ которая может быть принята или дополнена с учетом предложений и обоснований других заинтересованных стран для зон плавания ЯБ 2,0, ЯБ 3,0, ЯБ 3,5 представлена на рис. 1 - рис. 3.

40* ЛО" 20" КГ О' 10' ЗС ХГ «>' УС' ей" ИГ к?

КГ . »4, с Гр—-на О' - «кц,« Гр»» № »' »"

шчжгйгьш » —ем . М-р-. зсюа______1 см>° ■ХК>

ДЙо •-' ^ Л 10и эЬ ИЙИЙ«

Рис. 1. Морские районы плавания судов с классом «О-ПР 2,0»

Рис. 2. Морские районы плавания судов с классом «М-ПР 2,5»

Рис. 3. Морские районы плавания судов с классом «М-СП 3,5», R3-RSN

Далее приведены рекомендации по вопросам прочности судов «река-море» плавания по классификации Резолюции №61 ЕЭК ООН, разработанные на основе требований Правил РРР [5].

Рекомендации по вопросам прочности грузовых самоходных судов «РЕКА-МОРЕ» плавания зон ЯЗ 2,0, ЯЗ 3,0, ЯЗ 3,5, ЯЗ 4,5 по классификации резолюции №61 ЕЭК ООН

Общие положения

При использовании требований Правил РРР для судов типа «река-море» плавания настоящие рекомендации распространяются на следующие типы водоизмещающих судов: сухогрузные и наливные длиной от 25 до 140 м.

Для расчетов общей прочности судна суммарный изгибающий момент включает в себя изгибающий момент на тихой воде и дополнительный волновой изгибающий момент, который в свою очередь включает в себя ударную составляющую.

Дополнительный волновой изгибающий момент принимается постоянным на длине 0,5 Ь в средней части судна и уменьшающимся к оконечностям до нуля по линейной зависимости.

Согласно требованиям Правил РРР дополнительный волновой изгибающий момент следует определять с помощью зависимости, кНм:

Мдв = ±9,81 • V V V V 8 • В • Ь2 • к, (1)

где ко - коэффициент, значения которого вычисляются по формуле

к0 = 1,24-1,7 • В/Ь <1,0; (2)

к1 - коэффициент, значения которого в зависимости от класса судна и его длины Ь определяются по табл. 2;

к2 - коэффициент, значения которого в зависимости от длины судна Ь и осадки носом ТН определяются по формуле

к2 = 2 - 20 • ТН/Ь > 1,0; (3)

к3 - коэффициент, значения которого для грузовых самоходных судов в зависимости от класса судна, его длины Ь и принятой допускаемой высоты волны определяются по табл. 3.

Ь - длина судна, м;

Т - осадка судна, м;

5 - коэффициент полноты водоизмещения;

к - расчетная высота волны, принимаемая равной для судов класса «М-СП» - 3,5 м; класса «М-ПР» - 3,0 м; класса «О-ПР» - 2,0 м.

Таблица 2

Определение коэффициента к]

Длина судна, м Класс судна,-^^^ коэффициент к] 25 60 100 140

«М-СП», к! 0,0147 0,0147 0,0147 0,0137

«М-ПР», к! 0,0130 0,0130 0,0117 0,0102

«О-ПР», к! 0,0154 0,0154 0,0114 0,0089

Таблица 3

Определение коэффициента к3

Класс судна Допускаемая высота волны, м судна, м Коэффициент 25 60 100 140

«М-СП» 4,5 кз 1,114 1,114 1,277 1,367

3,5 1,0 1,0 1,0 1,0

3,0 0,914 0,914 0,870 0,843

«М-ПР» 2,5 кз 1,0 1,0 1,0 1,0

2,0 0,915 0,887 0,871 0,839

«О-ПР» 2,0 кз 1,0 1,0 1,0 1,0

1,5 0,866 0,866 0,911 0,841

Значения Ь, Т и 5 следует принимать исходя из расчетного случая нагрузки при определении изгибающего момента на тихой воде.

Из представленных материалов следует, что при допустимой высоте волны, равной расчетной, значение коэффициента кз принимается равным 1.

При кдоп > красч, кз >1;

при кдоп < красч, кз <1.

Такая вариация с коэффициентом к3 была необходима в начальной стадии освоения прибрежных морских районов существующими судами внутреннего плавания с назначением дополнительных ограничений по высоте волны в зависимости от прочностных характеристик судна.

Аналогичный подход был использован при определении дополнительного волнового изгибающего момента для судов класса «М-ПР 2,5» для которых в качестве расчетной высоты волны была принята волна к3%, равная 3,0 м.

В настоящее время создание судов «река-море» плавания необходимых классов по Правилам РРР и зонам плавания по классификации Резолюции №61, ориентировано, в первую очередь, на новое судостроение.

Так, согласно п. 20В-1.1.2 Резолюции №61, положения, применяемые к судам «река-море» плавания, применяются к новым судам для заданного района плавания и необходимость накладывать дополнительные ограничения по допускаемой высоте волны, отличной от расчетной, для той или иной зоны плавания отсутствует.

При таком подходе наличие коэффициента кз в формуле дополнительного волнового изгибающего момента является избыточным.

Дополнительный волновой изгибающий момент для судов, эксплуатирующихся в зонах на волнении с допустимой высотой волны равной расчетной, рекомендуется определять с помощью зависимости, кНм:

Мдв = ±9,81 • к0 • кг • к2 • 8 • В • I2 • к. (4)

Необходимость выполнения коррекции, для исключения коэффициента кз из формулы (2) и внесения уточнений в коэффициент к1, рассмотрена применительно к зонам морского района эксплуатации ЯБ 2,0, ЯБ 3,0, ЯБ 3,5, ЯБ 4,5.

Суда «река-море» плавания зоны КБ 2,0

Значения к0, к1, к2, к при вычислении дополнительного волнового изгибающего момента по формуле (4) рекомендуется назначить с использованием требований Правил РРР для судов «река-море» плавания класса «О-ПР 2,0»:

• к0 - по формуле (2);

• к1 - по табл. 2 применительно к судам класса «О-ПР»;

• к2 - по формуле (3), при этом осадка носом судна во всех случаях нагрузки должна

быть не менее 0,9 м при Ь > 60 м и не менее 0,5 м при Ь < 25 м. Для промежуточных длин судов минимально допустимая осадка носом определяется линейной интерполяцией;

• к - кз% = 2,0 м.

Дополнительной коррекции коэффициента к1 по формуле (4) в данном случае не требуется, так как значение исключаемого коэффициента кз для расчетной высоты волны кз% = 2,0 м равняется 1 (см. табл. 3).

Суда «река-море» плавания зоны ЯЗ 3,0

Так как требования Правил РРР к судам класса «М-ПР 2,5» не предполагают определение дополнительного волнового изгибающего момента Мдв для допустимой высоты волны к = 3,0 м, воспользуемся требованиями Правил РРР для судов класса «М-СП», согласно которым Мдв может быть рассчитан на необходимую нам высоту волны к = 3,0 м.

Коррекцию коэффициента к1 формулы (4) для судов «река-море» плавания зоны ЯБ 3,0 выполняем с учетом требований Правил РРР для судов класса «М-СП 3,0» и пересчитываем по зависимости:

^ «КЗ 3,0» = ^ «М-СП» _ ^ «М-СП3,0» _ у<М-СП3,5у^<М-СП 3,0»

где к1 «М~СП» - принимается по табл. 2;

, «М-СП 3,0» г- о

кз - принимается по табл. 3;

1«М-СП 3,5» о с

к = 3,5 м;

]«М-СП 3,0» о р.

к = 3,0 м.

Результаты расчетов представлены в табл. 4.

Таблица 4

Определение коэффициента к]

Длина судна, м 25 60 100 140

Коэффициент к] 0,0157 0,0157 0,0149 0,0135

Значения к0, к1, к2, к при вычислении дополнительного волнового изгибающего момента по формуле (4) принимаются:

• к0 - по формуле (2);

• к1 - по табл. 4;

• к2 - по формуле (3), при этом осадка носом судна во всех случаях нагрузки должна быть не менее 1,4 м при Ь > 60 м и не менее 0,75 м при Ь < 25 м. Для промежуточных длин судов минимально допустимая осадка носом определяется линейной интерполяцией;

• к - кз% = 3,0 м.

Суда «река-море» плавания зоны ЯЗ 3,5

Рекомендации разрабатывались с использованием требований Правил РРР для судов «река-море» плавания класса «М-СП 3,5».

Дополнительный волновой изгибающий момент рекомендуется определять с помощью формулы (4).

Значения к0, к1, к2, к при вычислении дополнительного волнового изгибающего момента по формуле (4) принимаются:

• к0 - по формуле (2);

• к1 - по табл. 2 применительно к судам класса «М-СП»;

• к2 - по формуле (3), при этом осадка носом судна во всех случаях нагрузки должна быть не менее 1,7 м при Ь > 60 м и не менее 0,9 м при Ь < 25 м. Для промежуточных длин судов минимально допустимая осадка носом определяется линейной интерполяцией;

• к - кз% = 3,5 м.

Дополнительной коррекции коэффициента к1 по формуле (4) в данном случае не требуется, так как значение исключаемого коэффициента кз для расчетной высоты волны кз% = 3,5 м равняется 1 (см. табл. 3).

Суда «река-море» плавания зоны ЯЗ 4,5

Рекомендации разрабатывались с использованием требований Правил РРР для судов «река-море» плавания класса «М-СП 4,5».

Следует отметить, что разработка требований к волновым нагрузкам судов «река-море» плавания класса «М-СП 4,5» выполнялась из условия обеспечения одинаковой вероятности их превышения (обеспеченности), в характерных для разрабатываемого класса условиях эксплуатации, и аналогичной вероятности, получаемой для судов класса «М-СП 3,5» применительно к допустимым для них условиям плавания при волновых нагрузках, регламентируемых действующей редакцией ПССП Правил РРР [5].

Для обеспечения одинакового уровня надежности судов «река-море» плавания класса «М-СП 4,5» всех длин в качестве эталонного уровня безопасности принимались обеспеченности общих и местных волновых нагрузок для судов класса «М-СП 3,5» длиной Ь = 100 м.

При разработке требований к Мдв была использована формула (1), где к0, к2, ё, В, Ь, к - см. пояснения к формуле (1);

• к1 - коэффициент, значения которого применительно к классу судна «М-СП» представлены в табл. 2;

• к3 - коэффициент, учитывающий влияние на Мдв отличия условий эксплуатации судна класса «М-СП 4,5» от устанавливаемых Правилами ПССП для судов «М-СП 3,5», представлен в табл. 3.

Расчетная высота волны для судна класса «М-СП 4,5», независимо от устанавливаемого ограничения по допустимой высоте волны, принималась равной к3%0 = 3,5 м.

Поскольку в настоящих рекомендациях при определении Мдв предлагается использовать формулу (4), то необходимо проведение коррекции, обусловленное исключением из формулы коэффициента к3, уточнением коэффициента к1, использованием расчетной высоты волны к3%0 = 4,5 м.

Коррекция выполняется по зависимости:

^ «М-СП4,5» = ^ «М-СП» _ ^ «М-СП4,5» _ у«М-СП3,5у^«М-СП4,5»

где к1 «М~ П» - принимается по табл. 2;

, «М-СП 4,5» г- о

к3 - принимается по табл. 3;

1«М-СП 3,5» о с

к , = 3,5 м;

у «М-СП 4,5» Л ¡-

к = 4,5 м.

Результаты расчетов представлены в табл. 5.

Таблица 5

Определение коэффициента к7

Длина судна, м 25 60 100 140

Коэффициент к1 0,0127 0,0127 0,0146 0,0146

При определении дополнительного волнового изгибающего момента Мдв значения к0, к1, к2, к принимаются:

• к0 - по формуле (2);

• к1 - по табл. 5;

• к2 - по формуле (3), при этом осадка носом судна во всех случаях нагрузки должна быть не менее 2,2 м при Ь > 60 м и не менее 1,2 м при Ь < 25 м. Для промежуточных длин судов минимально допустимая осадка носом определяется линейной интерполяцией;

• к - к3% = 4,5 м.

Выводы

Статистические данные, представленные на начало 2001 года [6], свидетельствуют, что значительную часть мирового торгового флота составляют суда дедвейтом менее 5000 т. Доля транспортных судов с дедвейтом менее 5000 т от общего числа судов составляет: сухо-

грузные суда - 67%; наливные суда - 45%. Они, как правило, осуществляют перевозки между морскими, устьевыми и речными портами, их значительная часть имеет ограничения по районам, сезонам, удаленности от места убежища, условиям волнения и ветра, т.е. относятся к судам ограниченного района «река-море» плавания.

Наличие таких ограничений позволило существенно уменьшить строительную стоимость судов ограниченного районов плавания за счет обоснованного снижения требования к общей и местной прочности, мореходным качествам корпусов, номенклатуре и параметрам судового оборудования и снабжения, мощности главных двигателей, что позволило увеличить грузоподъемность судов при фиксированных проходных осадках за счет уменьшения массы судна порожнем и роста коэффициента общей полноты.

Выполненные рекомендации по вопросам прочности судов «река-море» плавания по классификации Резолюции №61 ЕЭК ООН позволяют судовладельцам более детально ознакомиться с требованиями российских классификационных обществ (Российский Речной Регистр, Российский Морской Регистр Судоходства) к вопросам обеспечения общей прочности судов и расширить круг классификационных обществ, являющихся наиболее привлекательными при проведении технического наблюдения за проектированием, строительством и эксплуатацией судов «река-море» плавания.

Библиографический список

1. Лобастов, В.П. Интеграционные процессы в области водного транспорта в рамках сотрудничества России и ЕЭК ООН / В.П. Лобастов, Е.В. Зеличенко // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Нижний Новгород, 2012. № 2(95). С. 197-205.

2. Резолюция №61 «Рекомендации, касающиеся согласованных на европейском уровне технических предписаний, применимых к судам внутреннего плавания. Пересмотр 1. Поправка 1» // ECE/TRANS/SC.3/172/Rev.1/Amend.1 // ЕЭК ООН, Нью-Йорк и Женева, 2011.

3. Резолюция №61 «Рекомендации, касающиеся согласованных на европейском уровне технических предписаний, применимых к судам внутреннего плавания. Пересмотр 1. Поправка 2» // ECE/TRANS/SC.3/172/Rev.1/Amend.2 // ЕЭК ООН, Нью-Йорк и Женева, 2013.

4. О разработке технических предписаний ЕЭК ООН к судам типа «река-море» // ECE/TRANS/SC.3/2006/8 // Пятидесятая сессия ЕЭК ООН, Женева. 11-13 октября, 2006.

5. Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки судов смешанного (река-море) плавания (ПССП). Т.4. Москва, 2008.

6. Егоров, Г.В. Коастеры и суда смешанного плавания нового поколения // Судостроение и судоремонт. Одесса, 2007.

Дата поступления в редакцию 09.04.2015

V. Lobastov, E. Zelichenko, A. Skvortsov

RECOMMENDATIONS CONCERNING THE STRENGTH OF «RIVER-SEA» NAVIGATION SHIPS ON THE RESOLUTION №61 UNECE CLASSIFICATION

Nizhny Novgorod state technical university n.a. R.E. Alexeev

The aim of this work is to continue research the priority direction in the field of water transport, in particular, the river-sea navigation ships. The results of development the UNECE technical requirements for river-sea navigation ships are considered. Recommendations on the strength of river-sea navigation ships on the classification of the Resolution №61 UNECE are provided.

Key words: UNECE, Resolution №61, Chapter 20B, river-sea navigation ships, Rules for the classification and construction of river-sea navigation ships, hull, hull strength.