CC BY
7УДК 656.62.052.08
А.В. Емельянов, аспирант, ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПРОХОЖДЕНИЯ КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ ВДСК И ВЫБОР МЕТОДА ОБОСНОВАНИЯ БЕЗОПАСНЫХ ГАБАРИТОВ СУДОХОДНЫХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ
Ключевые слова: Волго-Донской судоходный канал, крупнотоннажные суда, безопасность судоходства, численное моделирование.
Приведены результаты исследований прохождения Волго-Донского судоходного канала крупнотоннажными судами. Рассмотрен процесс движения и расхождения крупнотоннажных судов в канале. Сделаны предпосылки по выбору метода для обоснования безопасных габаритов судоходных каналов.
На данный момент, вопрос о сокращении времени прохождения ВДСК является весьма актуальным. Введенный в эксплуатацию в 1952 году, канал не был рассчитан на крупнотоннажный флот, используемый в настоящее время. Динамика судопотока на протяжении всей истории эксплуатации ВДСК была неравномерной. Особенный прирост судопотока наблюдался в 1974-1976 и до 1983 года был стабильно высоким -около 10-10,2 тыс. судов за навигацию, а в 90-е годы резко упал до 2,3 тыс. судов.
В последние годы наблюдается тенденция увеличения судопотока, который к 2012 г. достиг 7 тыс. судов, в основном за счет эксплуатации судов новой постройки большой грузоподъемности.
Примечателен тот факт, что с 2000 годов в структуре судопотока начала существенно повышаться доля танкеров, которая к 2004 году выросла до 60,9 %, а уже в 2012 году составляла 63% и продолжает расти до настоящего время. Тенденция роста перевозок нефтеналивных грузов вероятно сохранится и в будущем. В навигацию 2012 года по ВДСК различными судоходными компаниями было перевезено 7,2 млн.т нефтеналивных грузов (63,2% суммарного грузопотока). По данным Союза «Национальная палата судоходства», в перспективе прогнозируется увеличение перевозок нефтепродуктов. Очевидно, что с ростом перевозок время затрачиваемое на прохождение канала должно постепенно расти.
В [2] говорится, что средне навигационный коэффициент пропускной способности ВДСК уже достигает 0,88. В соответствии с системой массового обслуживания, при коэффициенте пропускной способности свыше 75-80%, образуется бесконечная очередь, что подтверждается нашими исследованиями.
В таблице 1 представлены результаты анализа данных о прохождении канала одним судном полученные от ФБУ «Администрация Волго-Донского бассейна внутренних водных путей» в период 2008-2012 гг.
Из таблицы 1 видно, что время прохождения канала с учетом ожидания шлюзования одним судном независимо от типа и грузоподъемности возросло с 24,8 до 27,5 часов (т.е. на 11 %).
В отчетных данных ФБУ «Администрация Волго-Донского бассейна внутренних водных путей» начиная с 2011 года затраты времени на ожидание шлюзования не учитывается, что не дает реальной картины прохождения канала различными типами крупнотоннажных судов.
Таблица 1
Среднее время прохождения ВДСК одним судном
Показатель По данным ФБУ «Администрация Волго-Донского бассейна внутренних водных путей»
2008 2009 2010 2012
Сред. время прохождения канала с учетом ожид. шлюзования, ч. 24,8 25,7 27,5 27,7
Среднее время прохождения канала без учета ожид. шлюзования, ч. - 21,8 22,9 22,8
Среднее время ожид.шлюзования, ч. - 3,9 4,6 4,9
Поэтому для уточнения времени на прохождение канала и затрат времени на ожидания шлюзования при движении судов с Волги на Дон на Красноармейском рейде нами проведен соответствующий анализ прохождения канала крупнотоннажными судами проекта Я8Т-22 и Я8Т-27 в навигацию 2012, 2013 и 2014 гг. (Таб. 2)
Таблица 2
Время судопропуска судов через ВДСК
№ Название судна Сред. время прохождения ВДСК
В направлении Волга-Дон В направлении Дон-Волга Независимо от направления
С учетом ожидания на Красноармейском рейде, ч. Без учета ожидания на Красноармейском рейде, ч.
Навигация 2012 г
1 Мех.Пантелеев (пр. RST-22) 35 27 37 36
2 Мех.Антонов (пр. RST-22) 36 27 36 36
Навигация 2013 г.
3 В.Ф.Т. -3 (пр. RST-27) 46,5 32 38 42,2
4 В.Ф.Т.-5 (пр. RST-27) 42 28 53 47,5
Навигация 2014 г.
5 В.Ф.Т.-11 (пр. RST-27) 44,7 29,8 66 55,3
Как видно из таблицы 2 при движении судов с Волги на Дон достаточно длительное время затрачивается на простой в ожидании шлюзования в шлюзе №1. Рейд ожидания шлюзования расположен ниже упомянутого шлюза на 8 км. При этом стоит отметить, что со стороны Волги подход к шлюзу №1 не имеет специально оборудованного подходного канала, в связи с этим подход к шлюзу осуществляется по дополнительному судовому ходу с односторонним движением. В итоге все суда вынуждены затрачивать значительное время не только на ожидание судопропуска, но и на освобождение дополнительного судового хода для подхода к шлюзу №1. Это и является основной причиной длительного простоя флота в ожидании судопропуска при движении с Волги на Дон. Если еще в 2012 г. в соответствии с проведенным анализом, среднее время ожидания шлюзования на Красноармейском рейде составляло 8 часов, то уже в 2014 г. оно выросло в 1,9 раза и составляет порядка 15 часов. А в отдельных
случаях суда вынуждены простаивать больше суток ожидая своей очереди. Среднее время прохождения канала независимо от направления по сравнению с 2012 г. выросло в 1,5 раза.
Увеличение затрат времени на прохождение канала связано не только с затратой времени на ожидание шлюзования, но и особыми условиями расхождения крупнотоннажных судов в искусственной части канала, которые заключаются в следующем: расхождение двух крупнотоннажных судов с габаритной шириной 16,6 м в искусственной части канала без применения специальных методов невозможно. Как правило для расхождения используются два следующих метода:
- Одно из судов ожидает прохождения искусственной части канала другим судном у стенки шлюза и лишь после этого начинает свое движение.
- При встрече на прямолинейном участке двух крупнотоннажных судов, одно из судов останавливает свое движение и прижимается к откосу канала. Другое судно проходит мимо него на минимально возможной скорости.
В навигацию 2013 года нами были проведены натурные исследования процесса расхождения с замером скорости расходящихся судов в зависимости от их габаритов. Исследование проводилось на пассажирском судне «В.Чкалов» проекта 26-37 при расхождении со встречными крупнотоннажными судами в искусственной части канала. В процессе этих исследований фиксировалась скорость собственного и встречных судов. Результаты исследований приведены в таблице 3.
Таблица 3
Скорости движения судов при расхождении со встречными суднами в искусственной части ВДСК
Тип встречного судна Габариты и скорость встреч.судов Габариты и скорость пр.26-37
Ь, м В, м V, км/ч Ь , м В, м Vкм/ч
Волго-нефть 132,6 16,9 0-3 96,3 15,0 7,0
ББ-44 140,0 16,50 1-3 96,3 15,0 7,5
Сухогруз «Модулус» 89,2 15,6 1-3 96,3 15,0 8,0
Волго-Дон 140.0 16,7 0-3 96,3 15,0 5 ,0
Танкер «Н.Новгород» 141,0 16,9 0-3 96,3 15,0 7,3
ЯБТ-22 139,9 16,6 0-3 96,3 15,0 7,4
ЯБТ-27 140,8 16,7 0-3 96,3 15,0 6,5
По результатам приведенных в таблице данных видно, что наибольшее затруднение при расхождении испытывают крупнотоннажные суда из-за своих габаритов. Они вынуждены практически останавливать свое движение и удерживать свое положение только за счет работы машин и подруливающего устройства. Эти исследования показали, что расхождение крупнотоннажных судов даже с пассажирским судном пр. 2637 представляет большую сложность (рис. 1,2). Из рисунков 1 и 2 видно, что суда при расхождении вынуждены приближаться вплотную друг к другу и к откосам канала на опасно близкое расстояние.
Рис. 1. Момент расхождения судов
Рис. 2. Положение кормы судна одного из судов в момент окончания расхождения
Вполне очевидно, что существующие габариты канала небезопасны для эксплуатации крупнотоннажных судов. Учитывая тот факт, что доля крупнотоннажного флота продолжает расти, вопрос об обеспечении безопасных габаритов судоходных каналов становится весьма актуальным.
Кардинальным методом решения проблемы безопасности судоходства крупнотоннажных судов на ВДСК и повышение пропускной способности является строительство второй нитки канала [2]. Однако в соответствии со сложной экономической ситуацией в стране, строительство второй нитки канала в ближайшие годы, является маловероятным. Поэтому на данный момент наиболее целесообразно для обеспечения условий безопасного расхождения крупнотоннажных судов, произвести работы по модернизации ВДСК, заключающиеся в следующем: создать в искусственной части канала соответствующие уширения («карманы»), расположив их в шахматном порядке, то есть вдоль обоих берегов канала и на определенном расстоянии. Нами выполняются исследования по обоснованию безопасных габаритов для расхождения крупнотоннажных судов, на основе которых будут выработаны рекомендации по организации уширений и мест их размещения.
Режим движения судна по каналу отличается от режима его движения по реке и водохранилищу. Из-за небольшого поперечного сечения канала: сопротивление воды движению судна резко увеличивается; увеличивается величина приращения осадки судна по сравнению с движением в реке и водохранилище; движение судна по каналу сопровождается также интенсивным волнообразованием. Все эти факторы оказывают дополнительные трудности для судоходства крупнотоннажных судов, их необходимо учитывать при определении безопасных габаритов судоходного канала.
Существующие методы определения безопасных габаритов судоходных каналов значительно устарели, поскольку были разработаны без учета влияния факторов, вызываемых движением крупнотоннажных судов в стесненных условиях. Трудности аналитического описания и развитие новых компьютерных технологий дали импульс развитию численных методов анализа движения судна в подобных условиях эксплуатации. Развитие систем автоматизации проектирования (САПР) и систем инженерного анализа (СИА), реализующих численные методы решения уравнений движения жидкости, открыло новое направление в подходах к изучению задач гидродинамики движения судна. Численное моделирование обтекания корпуса, при помощи комплексов гидродинамического анализа в настоящее время приобретает практическое значение для решения задач связанных с движением судна и позволяет получать информацию не только в численном, но и графическом виде. Различные способы отображения объектов расчета облегчают восприятие этой информации. Отображение различных переменных в процессе решения позволяет контролировать качество вычислений, а так же вовремя избежать потенциальных ошибок. Численное моделирования позволяет решить проблему согласования чисел Фруда и Рейнольдса в масштабе который максимально точно приближен к реальному судну, чего невозможно было бы добиться в модельном эксперименте. Для решения подобных задач наиболее приемлемым является комплекс численного моделирования FlowVision, который основан на методе конечных объемов. С его помощью имеется возможность расчета как сжимаемых, так и несжимаемых течений жидкости и газа, он содержит пять моделей турбулентности, включая низкорейнольдсовые модели. Методы численного моделирования позволяют экономить не только время, но и физические и материальные затраты связанные с проведением исследования.
Перечисленные выше преимущества численного моделирования, стали решающим аргументом при выборе метода исследования, который применяется нами для решения поставленной задачи движения судна в стесненных условиях и обоснование безопасных параметров расхождения крупнотоннажных судов.
Список литературы:
[1] Атлас единой глубоководной системы Европейской части РФ. Том 8. Часть 1. 2006.
[2] Кобранов С. Волго-Дону нужны вторые нитки шлюзов // Речной транспорт(ХХ1 век). 2013.-№6(65).
[3] Сазонов А.А. Проблемы повышения пропускной способности Волго-Донского судоходного канала // Вестник ВГАВТ вып.№12-Н.Новгород:ВГАВТ, 2005.-с. 224-229.
[4] Сазонов А.А. Динамика судопропуска и судопропускной способности Волго-Донского судоходного канала // Вестник ВГАВТ вып. №18-Н.Новгород: ВГАВТ, 2006.-с. 82-92.
[5] Минеев В.И., Сазонов А.А., Емельянов А.В. Обоснование безопасных габаритов расхождения крупнотоннажных судов при прохождении ВДСК и возможности увеличения пропускной способности// Речной транспорт(ХХ1 век). 2013. -№6(65).
THE RESULTS OF FIELD STUDIES OF PROCEEDING THROUGH VDSK BY LARGE-CAPACITY VESSELS AND CHOICE OF THE SIZE OF THE SAFETY CASE NAVIGABLE CONNECTING CANALS
A. V. Emelyanov
Key words: Volga-Don canal, large-capacity vessels, safety of navigation, numerical simulation.
The results of investigations proceeding Volga-Don canal by large-capacity vessels. The process of motion and divergence of large-capacity vessels in the canal. Background made by the method of choice for safety justification dimensions of navigable canals.
