tom1 (6.06 mb) - ÐоÑÑкой гоÑÑдаÑÑÑвеннÑй ÑнивеÑÑиÑÐµÑ Ð¸Ð¼ÐµÐ½Ð¸ ...
tom1 (6.06 mb) - ÐоÑÑкой гоÑÑдаÑÑÑвеннÑй ÑнивеÑÑиÑÐµÑ Ð¸Ð¼ÐµÐ½Ð¸ ...
tom1 (6.06 mb) - ÐоÑÑкой гоÑÑдаÑÑÑвеннÑй ÑнивеÑÑиÑÐµÑ Ð¸Ð¼ÐµÐ½Ð¸ ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Федеральное агентство морского и речного транспорта<br />
Федеральное государственное образовательное учреждение<br />
высшего профессионального образования<br />
«Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского»<br />
СБОРНИК ДОКЛАДОВ<br />
57-й международной молодежной<br />
научно-технической конференции<br />
«МОЛОДЁЖЬ – НАУКА – ИННОВАЦИИ»,<br />
посвященной 200-летию транспортного образования в России<br />
25–26 ноября 2009 г.<br />
Том 1<br />
Владивосток<br />
2009
УДК 656.6.08 (06)<br />
Сборник докладов 57-й международной молодежной научно-технической<br />
конференции «МОЛОДЕЖЬ – НАУКА – ИННОВАЦИИ», посвященной 200‐<br />
летию транспортного образования в России, 25–26 ноября 2009 г.: в 2 т. –<br />
Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009. – Т. 1. – 261 с.<br />
В сборнике содержится 140 доклаов курсантов и студентов, аспирантов и молодых ученых<br />
17 высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов Дальневосточного<br />
федерального округа, Москвы, Санкт-Петербурга и стран Азиатско-Тихоокеанского региона.<br />
В первый том сборника вошли 78 работ курсантов, студентов, аспирантов и молодых<br />
ученых 7 секций конференции, относящихся к техническому и естественно-научному направлениям<br />
исследований.<br />
Редакционная коллегия:<br />
секция 1 – канд. физ.-мат. наук, доцент Акмайкин Д.А.<br />
секция 2 – д-р техн. наук, профессор, заслуженный<br />
деятель науки и техники РФ Кича Г.П.<br />
секция 3 – д-р техн. наук, профессор Веревкин В.Ф.<br />
секция 4 – канд. техн. наук, профессор Глушков С.В.<br />
секция 5 – канд. техн. наук, доцент Громашева О.С.<br />
секция 6 – д-р техн. наук, профессор Степанец А.В.<br />
секция 7 – канд. техн. наук, доцент Монинец С.Ю.<br />
Ответственный редактор – канд. биол. наук Андреева И.В.<br />
ISBN<br />
© Морской государственный университет<br />
им. адм. Г.И. Невельского, 2009<br />
2
ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ<br />
МОРСКОЙ ТРАНСПОРТ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА<br />
ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX И НА РУБЕЖЕ ХХI ВЕКОВ<br />
Зеленцов Владилен Васильевич<br />
д.и.н., профессор каф. экономики морского транспорта<br />
Института управления транспортом<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
История освоения и развития Дальнего Востока россиянами уходит своими корнями в<br />
далекое прошлое. Но она, начиная с XVII в. и до наших дней, всегда была связана с морским<br />
транспортом. И это понятно. Территория Дальнего Востока омывается шестью морями: Восточно-Сибирским,<br />
морем Лаптевых, Чукотским, Беринговым, Охотским, Японским. Первые<br />
три составляют Восточный сектор Арктики, последние входят в Дальневосточный морской<br />
бассейн. По многообразию физико-географических и гидрометеорологических условий моря<br />
Дальнего Востока являются наиболее сложными для мореплавания.<br />
Несмотря на достаточно яркую и насыщенную историю развития отечественного судоходства<br />
и его береговой инфраструктуры, которая только официально охватывает период более<br />
трех веков, окончательное оформление морского транспорта в самостоятельную отрасль<br />
страны произошло лишь в 1939 г.<br />
Суровым испытанием для морского транспорта страны стали годы Великой Отечественной<br />
войны, в ходе которой ему был нанесен общий ущерб в 4,5 млрд руб. После окончания<br />
войны техническое состояние флота в целом, значительной части причального фронта и<br />
перегрузочного оборудования портов, судоремонтной базы отрасли оценивалось как неудовлетворительное.<br />
В трудном положении в этот период находились и предприятия морского<br />
транспорта Дальнего Востока. Именно поэтому с 1946 г. объективно были открыты качественно<br />
новые страницы истории морского транспорта.<br />
На основании анализа развития морского транспорта Дальнего Востока во 2-й половине<br />
XX в. можно выделить следующие периоды, которые в своей основе сопоставимы с общей<br />
историей отрасли в масштабах страны.<br />
I период - 1946 - 1970 гг. Становление морского транспорта дальневосточного бассейна<br />
как ведущей транспортной отрасли региона. В этом периоде довольно четко можно выделить<br />
два этапа:<br />
- первый этап (1946 - 1959 гг.), связанный с послевоенным восстановлением отрасли<br />
региона и развитием ее структуры;<br />
- второй этап (1960 - 1970 гг.). Его главной особенностью было техническое перевооружение<br />
флота, портов, судоремонтных заводов и совершенствование транспортного процесса<br />
в целом.<br />
Первый этап был обусловлен не только необходимостью восстановления и воспроизводства<br />
основных производственных фондов флота и береговых предприятий, но и возрастающим<br />
объемом перевозок и переработки грузов в портах как на традиционных, так и на<br />
совершенно новых, возникших в результате завершения Второй мировой войны, направлениях<br />
в районы Южного Сахалина и Курильских островов.<br />
Второй этап был связан с объективной необходимостью реконструкции имевшейся материально-технической<br />
базы морского транспорта, которая в силу физического и морального<br />
износа не соответствовала к тому времени наметившейся тенденции роста потребностей народного<br />
хозяйства страны в перевозках в дальневосточном бассейне. И если для первого этапа<br />
рассматриваемого периода характерной чертой были экстенсивные факторы роста и ис-<br />
3
пользования флота в морских пароходствах бассейна, то в 1960-е гг. этого периода началось<br />
интенсивное строительство крупными сериями судов для быстрого развития флота с минимальными<br />
затратами. Но по своим характеристикам новый флот незначительно отличался от<br />
существующего.<br />
II период - 1971-1990 гг. Наибольшее развитие морского транспорта Дальнего Востока.<br />
Период связан с укреплением материально-технической базы флота и берега на качественно<br />
новой основе активного использования достижений научно-технического прогресса, с широкой<br />
оптимизацией работы флота, портов, смежных предприятий других транспортных отраслей<br />
народного хозяйства и совершенствованием организации труда с целью значительного<br />
повышения ее производительности. Прежде всего, надо оценить то, что суда, которые пополняли<br />
флот морских пароходств Дальнего Востока в этот период, имели принципиально<br />
новые конструкции, устройства и механизмы. Большинство судов этого поколения строились<br />
по новым проектам, которые соответствовали международным стандартам, что позволило<br />
им по своим качественным и количественным характеристикам стать конкурентоспособными<br />
в мировом судоходстве. В результате морские пароходства бассейна начали успешно<br />
конкурировать на мировом фрахтовом рынке, в том числе в линейном судоходстве во<br />
всей акватории Тихого океана. Об этом убедительно свидетельствуют тенденции изменения<br />
в структуре перевозок.<br />
Если 1970 г. каботажные перевозки составляли 44,7 % общего объема перевозок отечественным<br />
флотом дальневосточного бассейна и 55,3 % составляли загранперевозки, то уже в<br />
1978 г. каботажные перевозки снизились до 36 %, а загранперевозки возросли до 64 %. При<br />
этом в составе загранперевозок увеличилась доля перевозок грузов между иностранными<br />
портами.<br />
В то же время в условиях полной централизации системы управления морским транспортом<br />
страны сохранялись внутрирегиональные диспропорции в развитии флота и портов, что<br />
негативно отражалось на работе по совершенствованию общих транспортно-технологических<br />
систем. Кроме того, существовали и межведомственные барьеры на стыках взаимодействия<br />
морских торговых портов со смежными предприятиями других видов транспорта.<br />
Решению проблемы улучшения взаимодействия всех элементов транспортной системы,<br />
которая влияла на эффективность организации смешанных перевозок, в значительной степени<br />
способствовали созданные в 1978 г. на Дальнем Востоке на базе морских торговых портов<br />
транспортные узлы нового типа.<br />
Транспортные узлы обеспечивали обеспечивали выполнение основных, операций по<br />
обработке грузопотоков, способствовали улучшению взаимодействия разных видов транспорта.<br />
В них, в конечном счете, фокусируются интересы всех субъектов рыночнотранспортных<br />
услуг. С этой точки зрения их возрождение на новой основе являлось закономерным<br />
и обоснованным.<br />
III период - 1991 - 2000 гг. Период вхождения морского транспорта Дальнего Востока<br />
страны в условия рыночных отношений. Этот период связан с почти трехкратным падением<br />
объемов перевозок флотом пароходств дальневосточного бассейна, значительным сокращением<br />
переработки грузов в большинстве портов и выпуска продукции судоремонтными заводами,<br />
что было вызвано в основном издержками приватизации предприятий морского<br />
транспорта и кризисными явлениями в экономике страны.<br />
В то же время в сложных условиях переходного периода к рыночным отношениям морские<br />
пароходства и торговые порты региона к началу XXI в. сохранили необходимый потенциал<br />
для стабилизации своей производственно-финансовой деятельности и постепенного наращивания<br />
производственных мощностей и объемов транспортной продукции, с целью не<br />
только возвращения ранее утраченных позиций в этих направлениях, но и выхода на более<br />
достойные рубежи.<br />
При выработке дальнейшей стратегии переходных процессов для отдаленных территорий<br />
необходимо отчетливо понимать, что для России путь на Дальний Восток и Север объективен<br />
и неизбежен. Наряду с важнейшими факторами геополитического, военно-страте-<br />
4
гического и транспортного значения основной социально-экономической предпосылкой<br />
дальнейшего освоения и устойчивого развития этих территорий объективно являются природные<br />
ресурсы. Но уровень хозяйственного освоения Дальнего Востока и граничащих с ним<br />
районов Восточной Арктики находится в прямой зависимости от эффективности морской<br />
деятельности в этом регионе, главным инструментом которой является флот.<br />
Основная цель экономической реформы на морском транспорте заключалась в формировании<br />
различных форм собственности на основе разгосударствлении и приватизации. Но<br />
развитие рыночных отношений в отрасли только на этой основе, без создания необходимых<br />
условий для свободной хозяйственной деятельности предприятий, не могло привести и не<br />
привело к достаточно быстрым положительным результатам в производственной деятельности.<br />
Более того, неоправданно ускоренная приватизация морских пароходств, портов и судоремонтных<br />
заводов, проведенная в условиях общего экономического спада, повлекла, негативные<br />
результаты в этом направлении. Приватизация и акционирование не привели и к созданию<br />
к исходу XX века нормальной конкурентной среды на рынке морских транспортных<br />
услуг и появлению достаточного количества эффективных собственников в дальневосточном<br />
бассейне страны.<br />
Именно поэтому дальнейший процесс разгосударствления и приватизации собственности<br />
на морском транспорте, как Дальнего Востока, так и России в целом должен был осуществляться<br />
более взвешенно: с учетом реальной стоимости основных фондов, принципа социальной<br />
справедливости, использования лучшего собственного опыта и опыта приватизации<br />
зарубежных морских организаций, с большей ориентацией на региональные особенности.<br />
Производственные связи морского транспорта гораздо шире, чем во многих других отраслях.<br />
Продолжая производственный процесс всех отраслей народного хозяйства, морской<br />
транспорт оказывает большое влияние на экономику страны в целом и каждого ее региона, в<br />
том числе на экономику Дальнего Востока, где морской транспорт, с учетом его географического<br />
положения и природных факторов, играет особенно заметную роль. В условиях Дальневосточного<br />
бассейна становится наиболее важным то, что по многим техникоэкономических<br />
показателям морской транспорт превосходит другие его виды: самая большая<br />
единичная грузоподъемность транспортных средств, практически неограниченная пропускная<br />
способность морских путей, сравнительно малые капитальные вложения и затраты на<br />
перевозку 1 т груза. В результате морские перевозки, особенно на дальние расстояния, становятся<br />
и самыми дешевыми. Именно на эту цель и направлена предпринимательская деятельность<br />
в сфере морского транспорта, тем более что разгосударствление значительной части<br />
морского транспортного комплекса и создание условий для конкуренции ведут к необходимости<br />
создания сети малого и среднего бизнеса.<br />
Распад Советского Союза оказал значительное влияние на геополитическое положение<br />
России, на возможности развития ее экономики в целом и внешнеэкономической деятельности<br />
в том числе. К началу 1992 г. в России осталось 10 из имеющихся в СССР 17 морских<br />
пароходств, 35 из 70 морских торговых портов, 13 из 34 судоремонтных заводов отрасли.<br />
Благополучие морского транспорта СССР базировалось на двух основных элементах. Вопервых,<br />
на достаточно жестком контроле за грузовой базой со стороны государства; вовторых,<br />
на хорошо оснащенном и постоянно обновляемом флоте. Обе эти позиции оказались<br />
в значительной степени утраченными.<br />
Анализ и оценка реального состояния морского транспорта страны привели к разработке<br />
и принятию Программы возрождения торгового флота России на 1993-2000 гг. Основной<br />
целью программы было воссоздание целостной и эффективной системы морского транспорта<br />
России, которая способна обеспечить потребность страны и каждого ее региона во внутренних<br />
и внешнеторговых перевозках.<br />
Однако результаты реализации этой целевой программы в целом, а также всех ее региональных<br />
составляющих по итогам ее первого этапа оказались в пределах 30 % выполнения<br />
от запланированных объемов инвестиций по всем источникам финансирования. Это в<br />
итоге привело к необходимости в августе-октябре 1996 г. существенной корректировки про-<br />
5
граммы и продления сроков ее реализации до 2005 г., в том числе по флоту и ряду береговых<br />
объектов Дальневосточного бассейна.<br />
Наиболее важные аспекты этой программы по Дальневосточному бассейну были также<br />
включены в «Федеральную целевую программу экономического и социального развития<br />
Дальнего Востока и Забайкалья на 1996-2005 гг.». Наряду с указанными программами, связанными<br />
с возрождением и развитием морского транспорта России и ее Дальнего Востока,<br />
позже была принята другая федеральная целевая программа «Модернизация транспортной<br />
системы России (2002-2010 гг.)», в состав которой вошла подпрограмма « Морской транспорт».<br />
Таким образом, была обеспечена непрерывность процесса развития морского торгового<br />
флота региона и всей его береговой инфраструктуры.<br />
Сложившиеся к началу XXI века тенденции в развитии отечественного морского флота<br />
способствовали возрастанию иностранного влияния на рынке транспортных услуг России, в<br />
том числе и в зоне дальневосточного бассейна. Это привело к усилению зависимости от иностранных<br />
перевозчиков, увеличению расходов на оплату фрахта, сокращению валютных поступлений<br />
в страну и в конечном счете к снижению роли отечественного морского транспорта<br />
в обеспечении экономической безопасности государства. Основными причинами, определившими<br />
негативные тенденции в состоянии и развитии флота России, стали чрезмерно высокий<br />
уровень налогообложения, неконкурентоспособные условия окупаемости инвестиционных<br />
проектов при строительстве судов в России и за рубежом, недостаточность административно-правовых<br />
форм государственного регулирования деятельности морского транспорта.<br />
Исследование зарубежного опыта в области государственного регулирования показывает,<br />
что многие морские державы на протяжении уже многих лет реализуют свою государственную<br />
стратегию в области судоходства за счет различных методов и форм государственного<br />
регулирования, которые позволяют им иметь торговый флот, обеспечивающий защиту<br />
их политических и экономических интересов.<br />
К сожалению, анализ основных показателей и факторов экономической безопасности<br />
морского транспорта страны, включая регион Дальнего Востока, показывает, что государственная<br />
политика России в этом направлении в 1990-е гг. не была адекватной сложившейся<br />
ситуации. Именно поэтому, учитывая особую роль морского транспорта в системе экономической<br />
безопасности страны, важно уже в ближайшие годы обеспечить в рамках государственной<br />
политики решение достаточно конкретных задач.<br />
Они заключаются в повышении конкурентоспособности отечественных судоходных<br />
компаний, в позитивном влиянии на развитие перспективных внутренних и внешних грузопотоков,<br />
определяющих загрузку флота и портов, в создании более благоприятных условий в<br />
системе налогообложения и в реализации федеральной целевой программы «Модернизация<br />
транспортной системы России (2002-2010 гг.), включая ее составляющую по Дальневосточному<br />
бассейну.<br />
Следует отметить, что морская деятельность по обеспечению экономической безопасности<br />
страны должна осуществляться в комплексе с проведением конкретных мер по обеспечению<br />
собственной безопасности морского флота, связанной с особенностями водной стихии.<br />
Этот вывод обусловливает анализ историко-экономических аспектов аварийности флота<br />
морских пароходств Дальневосточного бассейна. Совершенно ясно, что безопасность<br />
морской деятельности включает безопасность мореплавания, поиск и спасание на море, защиту<br />
и сохранение морской среды и обеспечивается соблюдением соответствующих норм<br />
международного права и российского законодательства, а также государственным контролем<br />
над выполнением классификационных требований к техническому состоянию и годности<br />
судов, их оснащению и обеспечению, подготовке и сертификации судовых экипажей и соответствующих<br />
береговых служб обеспечения.<br />
Успешная производственная деятельность предприятий морского транспорта России<br />
всегда зависела от степени решения социальных проблем и обеспеченности квалифицированными<br />
специалистами всех уровней. В период проведения рыночных реформ эти аспекты<br />
не утратили своей актуальности. Что касается системы подготовки кадров и повышения их<br />
6
квалификации для флота и береговых предприятий морского транспорта Дальнего Востока,<br />
то в основе она была сформирована к середине 1970-х гг. и продолжала совершенствоваться<br />
без принципиальных изменений весь период 1980-х гг. Она позволяла обеспечивать необходимыми<br />
специалистами все предприятия отрасли в регионе.<br />
Однако условия работы и развития морского транспортного комплекса России и ее<br />
Дальнего Востока, которые сложились в период вхождения в рыночную экономику, обусловили<br />
необходимость существенной реорганизации всей системы подготовки кадров, прежде<br />
всего специалистов высшего и среднего уровней. В результате в 1990-е гг. была внедрена<br />
принципиально новая система непрерывного многоуровневого морского образования.<br />
В период рыночных реформ, как и прежде, кадровая политика остается тесно связанной<br />
с политикой социальной, в решении проблем которой появились свои сложности. Они обусловлены<br />
свертыванием социальных программ предприятий и снижением уровня социальной<br />
защищенности наемных работников.<br />
Таким образом, исследование истории отечественного морского транспорта Дальнего<br />
Востока во 2-й половине XX в. и начале XXI в. показывает, что он играл и продолжает играть<br />
важную роль в жизни государства. Морской транспорт для России был и остается стратегической<br />
отраслью и должен пользоваться соответствующей государственной поддержкой,<br />
в том числе в границах реализации федеральных программ возрождения и развития торгового<br />
флота страны.<br />
Одной из главных задач при формировании стратегии государственного регулирования<br />
деятельности транспорта является создание условий для поддержания такого уровня развития<br />
всех видов транспорта, который позволит при любых условиях удовлетворить основные<br />
потребности экономики и населения в перевозках, в том числе в чрезвычайных ситуациях.<br />
При этом необходимо обеспечить противостояние внутренним и внешним угрозам, снижающим<br />
экономическую безопасность транспорта.<br />
К основным внутренним угрозам, затрагивающим интересы морского транспорта России<br />
и ее Дальнего Востока в период 1990-х гг. и начала 2000-х гг., относятся следующие:<br />
- ухудшение управляемости транспортной системой страны;<br />
- высокая степень износа производственных фондов;<br />
- дефицит пропускных и провозных способностей отдельных транспортных коммуникаций,<br />
в том числе морских портов и причалов;<br />
- недостаточная координация взаимодействия различных видов транспорта;<br />
- падение уровня научно-технического потенциала и результативности научно-исследовательских<br />
работ по причине сокращения их финансирования.<br />
Что касается внешних угроз, также снижающих уровень экономической безопасности<br />
транспортной системы страны в целом, ее регионов и отдельных видов транспорта (в том числе<br />
морского транспорта), то к ним в анализируемый период правомерно отнести следующие:<br />
- снижение спроса на грузовые и пассажирские перевозки из-за кризисного состояния<br />
экономики страны;<br />
- сокращение транзитных перевозок грузов зарубежных стран по территории России;<br />
- недостаточное развитие транспортной инфраструктуры для осуществления экспортноимпортных<br />
операций;<br />
- значительная зависимость от зарубежных поставок транспортных средств как следствие<br />
отставания отечественного транспортного машиностроения;<br />
- низкий уровень государственной системы отечественного протекционизма для отечественных<br />
перевозчиков;<br />
- возникновение транспортных коридоров вне России, но с целью отвлечения транспортных<br />
потоков с российских коммуникаций.<br />
На быстрейшее устранение всех этих негативных факторов внутренних и внешних угроз<br />
экономической безопасности транспортной системы Российской Федерации и должна<br />
была быть в значительной степени направлена государственная транспортная политика в це-<br />
7
лом и государственная морская политика в частности, в том числе и в регионе Дальневосточного<br />
бассейна.<br />
Трудно назвать другую такую сферу хозяйственной деятельности, как морское судоходство,<br />
которая охватывала бы весь земной шар и имела столь важное значение не только<br />
для развития международных экономических связей, но и обеспечения национальной безопасности<br />
страны. Однако эта важная сфера деятельности морского флота всегда была сопряжена<br />
с обеспечением и собственной безопасности, прежде всего безопасности мореплавания.<br />
Несмотря на внедрение в практику судоходства самых передовых достижений науки и<br />
техники, использование при строительстве судов новейших технологий, в море продолжают<br />
происходить трагедии. Ежегодно в мире десятки судов по различным причинам терпят аварии,<br />
тонут, наконец - просто исчезают. Гибнут сотни людей.<br />
В зависимости от обстоятельств все морские происшествия можно разделить на определенные<br />
группы:<br />
– вызванные сложными гидрометеорологическими условиями;<br />
– связанные с ошибками судоводителей или столкновением с неизвестными, надводными<br />
и подводными, предметами;<br />
– обусловленные ошибками при маневрировании на ограниченном пространстве;<br />
– и наконец, самые сложные, связанные со смещением грузов, их самовозгоранием и<br />
взрывами.<br />
К этим причинам аварийных ситуаций необходимо добавить неполадки с судовыми<br />
энергетическими установками, рулевой системой, неадекватной реакцией на радиосообщения,<br />
а в некоторых случаях и морской терроризм, проще говоря – элементарное пиратство.<br />
Правда, современные наследники буканьеров XVII века, вдохновленные подвигами Френсиса<br />
Дрейка и Джона Хокинса, действуют географически не столь масштабно, но в последние<br />
годы тоже стали серьезной проблемой для безопасности судоходства, особенно в Индийском<br />
океане вблизи берегов Самали.<br />
Но и поучительная история аварийности как отечественного, так и всего мирового торгового<br />
флота, а также современное пиратство – это отдельные темы. Но эти негативные явления<br />
справедливо волнует морскую общественность, которая требует от ведущих морских<br />
держав более конкретных и эффективных действий и сокращению аварийности, и по искоренению<br />
пиратства.<br />
При этом необходимо отметить, что анализ аварийности мирового флота в период 1990<br />
– 2000гг. показывает, что одной из основных причин наиболее крупных 15 морских катастроф,<br />
в каждой из которых погибло более 80 человек, является человеческий фактор. Жертвами<br />
этих 15 морских катастроф стало более 4600 человек.<br />
К сожалению, продолжаются аварии и на флоте судоходных компаний дальневосточного<br />
бассейна. Только в январе 2007г. была допущена посадка на грунт на внутреннем рейде<br />
порта Таранто (Италия) теплохода «Челябинск» дальневосточного морского пароходства; в<br />
Японском море в условиях хорошей видимости произошло столкновение теплохода «Пионер<br />
Холмска» Сахалинского морского пароходства с транспортным рефрижератором «Татарстан»<br />
(судовладелец «Востоктранссервис»); при выходе из порта Петропавловск-Камчатский<br />
контейнеровоз «Капитан Артюх» Дальневосточного морского пароходства значительно уклонился<br />
от линии створ, коснулся грунта и получил пробоину в районе машинного отделения,<br />
которое было затоплено.<br />
Все три аварии были связаны с навигационными ошибками, которые были допущены<br />
командным составом указанных судов.<br />
Анализ этих и многих других аварий с флотом судоходных компаний дальневосточного<br />
бассейна, как, впрочем, и всех других морских бассейнов страны обусловливает постановку<br />
следующих вопросов. Как свести к минимуму основную причину аварийных ситуаций<br />
– человеческий фактор? Почему при реальном совершенствовании организаций<br />
обучения и повышения квалификации плавсостава отмечается слабый уровень подготовки<br />
судовых специалистов?<br />
8
Но при всей своей важности человеческий фактор не всегда был и остается решающим.<br />
Люди часто бессильны против устаревания техники. Ошибки, вызванные усталостью экипажей,<br />
опасны, но они преодолимы при разумной организации. От усталости же корпуса судна, обусловленной<br />
его возрастом, единственной кардинальной формой спасения является вывод судна<br />
из состава действующего флота и его списание. Нельзя допускать чтобы истинным виновником<br />
многих происшествий и аварий становилась экономическая целесообразность использования<br />
старого тоннажа, т. е. закон получения прибыли любой ценой.<br />
За последние годы в России проводятся важные целевые мероприятия, направленные на<br />
совершенствование механизма государственного управления функционированием и развитием<br />
морского транспорта. Одним из них является формирование законодательной базы, отвечающей<br />
современным требованиям. Без этого невозможно преобразование отечественной морской<br />
транспортной системы в эффективную, высокодоходную отрасль, отвечающую международным<br />
стандартам в организационном и техническом отношениях, конкурентоспособную на мировом<br />
транспортном рынке, полностью обеспечивающую потребности страны в морских внешнеторговых,<br />
транзитных каботажных (в том числе арктических) перевозках грузов и пассажиров, а<br />
также обеспечение экспорта транспортных услуг.<br />
К нормативно-правовым документам, определяющих государственную политику в области<br />
морского транспорта прежде всего относится: «Морская доктрина РФ на период до<br />
2020 года», утверждённая Указом Президента РФ 27 июля 2001 года. В рамках этой доктрины<br />
и была разработана федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы<br />
России (2002-2010 годы)».<br />
Проектом новой федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы<br />
России (2010-2015 годы)» потребность в инвестициях из федерального бюджета на только<br />
развитие портовой инфраструктуры ДВ бассейна оценивается в 74 млрд. рублей (42% от инвестиций<br />
в портовую инфраструктуру страны). Кроме того, ФЦП «Экономическое и социальное<br />
развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года» предусматривает<br />
финансирование в развитие портовой инфраструктуры в 2010-2013 годах - 6,1 млрд. рублей.<br />
Средства федерального бюджета будут направляться на развитие портов, обеспечивающих<br />
основной прирост перевозок экспортно-импортных и транзитных грузов и на реконструкцию<br />
объектов федеральной собственности портов, являющихся базовыми для обеспечения<br />
жизнедеятельности Северо-Восточных районов Дальневосточного региона.<br />
Основные объемы перевалки внешнеторговых и транзитных грузов на бассейне планируется<br />
обеспечить за счет развития портов Восточный, Ванино, Пригородное и Де-Кастри.<br />
В порту Владивосток планируется создание современного пассажирского комплекса,<br />
рассчитанного на одновременную обработку трех круизных судов длиной до 350 метров.<br />
Пропускная способность комплекса до полумиллиона туристов в год. Развитие порта Находка<br />
сдерживается ограниченной городской застройкой территорией и недостаточными глубинами<br />
у причалов. Планируется решить за счет выноса линии существующих причалов более<br />
чем на 50 метров в море.<br />
Планируется реконструкция портов, обеспечивающих жизнедеятельность регионов, не<br />
имеющих сухопутной связи с основной территорией страны. (Холмск, Магадан, Петропавловск-Камчатский,<br />
Анадырь). В настоящее время эти порты имеют очень малую загрузку, но<br />
являются базовыми для организации «северного завоза» и эффективность их работы прямо<br />
влияет на стоимость этой, финансируемой из бюджета операции. Реализация этих мероприятий<br />
позволит увеличить к 2015 году грузооборот дальневосточных портов до 145 млн. тонн.<br />
Важным аспектом подъема морского статуса российского государства является развитие<br />
собственного флота. Многие российские суда ходит под иностранным флагом. В последнее<br />
время идет процесс обновления флота, но создается он в основном на иностранных верфях.<br />
Продолжается старение отечественных судов, находящихся под юрисдикцией России, в том<br />
числе в судоходных компаниях Дальнего Востока.<br />
В марте 2007 года Президентом России подписан указ о создании Объединенной судостроительной<br />
корпорации. Приоритетными направлениями деятельности корпорации и ее<br />
9
дочерних обществ, станут разработка, производство, поставка, обслуживание, ремонт и утилизация<br />
судостроительной техники военного и гражданского назначения. Документ также<br />
предусматривает учреждение трех 100-процентных ОСК, в том числе ОАО «Дальневосточный<br />
центр судостроения и судоремонта» (Владивосток).<br />
Дальнейшая интеграция морской отрасли России в мировой рынок морских перевозок<br />
должна сопровождаться модификацией национальной судоходной политики, ориентированной<br />
на решение задачи по ведению эффективной конкурентной борьбы с иностранными судовладельцами<br />
за российский рынок, где акцент должен быть смещен в сторону грузов российской<br />
внешней торговли. Одновременно должны проводиться активные действия на всех<br />
внешних рынках, включая Азиатско-Тихоокеанский регион, с целью получения для российского<br />
морского флота определенных ниш для перевозки грузов.<br />
В настоящее время складывается новая система регулирования социально-трудовых<br />
отношений. В основу её положен принцип социального партнерства, который предполагает<br />
необходимость налаживания нормального взаимодействия главных субъектов рыночных отношений<br />
- работодателей и наемных работников. В этой ситуации кадровая политика должна<br />
быть тесно связана с социальной политикой, которая призвана создавать каждому человеку<br />
условия, позволяющие ему своим трудом, предприимчивостью обеспечивать собственное<br />
благосостояние.<br />
Кадровая политика на морском транспорте в годы рыночных реформ, как и прежде, направлена<br />
на подготовку и переподготовку специалистов всех уровней для флота и береговых<br />
предприятий отрасли. Но наибольшие сложности в этот период возникли с подготовкой и<br />
использованием квалифицированных специалистов на морском флоте, что связано в основном<br />
со старением и численным сокращением состава флота пароходств и уменьшением объемов<br />
морских перевозок, появлением новых коммерческих судоходных компаний, вынужденным<br />
уходом значительной части отечественного торгового флота под иностранные флаги.<br />
Это обусловливает необходимость совершенствования системы профессионального обучения<br />
и повышения квалификации кадров плавсостава, включающей внешнее и внутрифирменное<br />
обучение, для приведения уровня квалификации моряков, прежде всего комсостава<br />
судов, в соответствие с требованиями международных конвенций и формированием требуемого<br />
уровня профессионализма в соответствии с изменяющимися экономическими, технологическими<br />
и социальными условиями.<br />
Литература<br />
1. Зеленцов В.В. Морской транспорт Дальнего Востока во второй половине XX века. Владивосток:<br />
Дальнаука, 2003. - 237с.<br />
2. Зеленцов В.В. Морской транспорт Дальнего Востока в системе экономической безопасности государства<br />
(исторические аспекты) //Транспортное дело России. - 2005. - Выпуск№3. - с.126–129.<br />
3. Конталев В.А. Отечественный торговый флот в период с 1946 по 1985 гг.: история развития, техническая<br />
политика СССР. - Владивосток: ДВГУ, 2000. - 110 с.<br />
4. Луговец А.А. Морской флот в транспортной системе России. - М.: «Дека», 2003. - 336 с.<br />
5. Зеленцов В.В. Вопросы периодизации развития морского транспорта Дальнего Востока во второй половине<br />
XX века // Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы шестой международной научно–практической<br />
конференции. – Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2005. - с. 39–40.<br />
10
СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ<br />
НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ<br />
Домбраускене Галина Николаевна<br />
к.и., доцент каф. истории искусства и культуры<br />
Института социально-политических проблем управления<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Первое в истории русского мореходства кругосветное плавание 1809 г., совершенное<br />
экипажами шлюпов «Надежда» и «Нева» под командованием Ивана Фёдоровича Крузенштерна<br />
и Юрия Фёдоровича Лисянского, открыло новые перспективы политического, экономического,<br />
научного и социально-культурного развития нашей страны.<br />
Известно, что экспедиция, основной целью которой было расширение торговоэкономического<br />
пространства, превзошла все ожидания: был сделан существенный вклад в<br />
науку, в частности, начинает развиваться океанография. На карту мира были нанесены новые<br />
острова, проливы, рифы, мысы, уточнены координаты целого ряда островов, сделаны изменения<br />
в морских картах. Велись наблюдения за морскими течениями, температурой и плотностью<br />
воды на глубинах до 400 метров, а так же за приливами и отливами. Позже Крузенштерном<br />
был составлен «Атлас южных морей», который стал практическим руководством<br />
для российских мореплавателей в Тихом океане и южных широтах.<br />
Проект был успешным, и он дал мощный импульс для становления жизненно-важной<br />
для государства отрасли, 200-летие которой мы отмечаем в этом году.<br />
Помимо экономических и политических задач, развитие морского транспорта тесно сопряжено<br />
с развитием международных отношений. Отсюда проистекает необходимость в выработке<br />
важных механизмов межкультурного взаимодействия.<br />
Очевидным является то, что русский моряк за пределами своей страны становится ее<br />
представителем. По его поведению судят о государстве в целом, о нас - россиянах, об уровне<br />
нашей культуры и образовании.<br />
История сохранила сведения о том, что такие морские офицеры, как Н. П. Резанов,<br />
В. М. Головнин, Ф. П. Врангель, Ф. П. Литке, Ф. Ф. Матюшкин были прекрасно образованны,<br />
проводили научные исследования, знали несколько иностранных языков, а также проявляли<br />
незаурядные художественные дарования. Граф Николай Петрович Резанов, вызывал<br />
восхищение в светском собрании в Сан-Франциско своей игрой на скрипке, которую везде<br />
возил с собой.<br />
В настоящее время, в условиях развития современной России и в связи с целями, определяющими<br />
государственную политику в XXI веке, все настойчивее ставится вопрос о морально-нравственном<br />
и социально-культурном воспитании подрастающего поколения. Не<br />
маловажен он и для курсантов морских вузов, которые должны быть достойными продолжателями<br />
традиций Российского флота.<br />
В конце 90-х гг. ХХ века начинает активно развиваться специализированная область<br />
общественной практики – социально-культурная деятельность. Появляются научные лаборатории.<br />
Во многих университетах страны была открыта соответствующая специальность.<br />
Содержание, назначение и способы реализации социально-культурной деятельности<br />
основываются на важнейших потребностях общественного и личностного развития. Социально-культурная<br />
деятельность выполняет ряд важнейших функций, востребованных современным<br />
обществом.<br />
развивающая функция - развитие и самовоспитание личности, ее социальное самоутверждение;<br />
информационно-просветительная - формирование интеллектуальных качеств, стимулирование<br />
самообразования, приобретение определенной системы знаний, получение необходимой<br />
информации, обновление знаний;<br />
11
нормативная - формирование общегуманистических нравственных качеств, социализация<br />
личности через усвоение условий окружающей среды, способов и образцов социального<br />
поведения и действий, ориентирование в знаниях, нормах и ценностях группы, коллектива,<br />
организации, территориальной общности, в которые входит индивид;<br />
коммуникативная - диалог культур, раскрытие достижений национальных и региональных<br />
культурных ценностей; межличностное общение, формирование культуры деловых<br />
и неформальных отношений,<br />
культуротворческая (преобразовательная) - освоение ценностей культуры, вовлечение<br />
личности в процесс создания ценностей культуры, в различные формы художественного,<br />
технического, социального творчества<br />
культуроохранная – создание условий для сохранения национального и мирового<br />
культурно-исторического наследия.<br />
рекреативная - формирование празднично-обрядовой и игровой культуры, обеспечение<br />
зрелищно-развлекательного досуга для восстановления физических и интеллектуальных<br />
сил человека, гармонизации психики через организацию различных видов рекреационноразвлекательной<br />
деятельности, среди которых наиболее важное значение имеют, свободное<br />
межличностное общение, игра, восприятие развлекательных зрелищ и любительское художественное<br />
исполнительство [3].<br />
Через эти функции реализуются культуросозидающие возможности общества и происходит<br />
культурно-творческое развитие личности. Полноценная реализация этих функций возможна<br />
только высококвалифицированными специалистами, которые обучены современным<br />
социокультурным технологиям.<br />
Ведущими вузами в этом направлении сейчас являются Московский государственный<br />
университет культуры и искусства, а также С. – Петербургский Гуманитарный университет<br />
профсоюзов. В Морском государственном университете им. адм. Г. И. Невельского с 2006<br />
года эта специальность была открыта. Обучаются студенты - будущие менеджеры социально-культурной<br />
сферы. Их профессия в нашем регионе приобретает особый смысл и направление,<br />
т.к. наш край включен в систему морского транспорта и находится на пересечении<br />
международных отношений стран азиатско-тихоокеанского региона. В нашем городе проводится<br />
культурная политика по реализации межкультурной коммуникации.<br />
Не менее важна социально-культурная работа и на морском транспорте, непосредственно<br />
на судах в среде экипажа.<br />
В советское время была такая должность – политрук, которая существовала и на морских<br />
судах. Политрука часто называли «лекарем» человеческих душ. В его задачи входило<br />
социально-политическое воспитание членов экипажа, работа по разъяснению государственной<br />
политики, а также проведение бесед, посвященным великим датам. (этот день в Российской<br />
Федерации отмечается 11 сентября - День специалистов органов воспитательной работы<br />
(День замполита и политрука).<br />
В постсоветский период много говорилось о недостатках подобной формы политического<br />
и культурно-просветительского воспитания, о его излишней идеологизации, отсутствии<br />
творческо-развивающих и рекреационно-воспитательных форм культурно-досуговой<br />
деятельности, которые способствовали бы развитию личности, снятию психофизического<br />
напряжения у членов экипажа, находящихся длительное время в весьма ограниченном жизненном<br />
пространстве.<br />
На современном этапе задача специалиста, осуществляющего социально-культурную<br />
деятельность на морском транспорте, создать условия для сбалансированной социокультурной<br />
работы, где должное внимание будет уделено потребностям личностного развития членов<br />
экипажа, а также достойное внимание к национально-историческому наследию страны и<br />
региона.<br />
В связи с этим хочется вспомнить слова первого правителя русских колоний на Аляске<br />
Фёдор Петрович Литке, который в 1826 г. отправляясь в кругосветное плавание, напутствовал<br />
свой экипаж такими словами: «Помните, что мы идем в кругосветный вояж, что за нами<br />
12
далеко и надолго останется Россия, что с флагом нашим на «Сенявине» мы несем славу,<br />
честь, величие и гордость дорогой родины. И я уверен, что вы будете высоко держать честь<br />
нашего военного флота».<br />
Литература<br />
1. Киселева, Т.Г. Социально-культурная деятельность [Текст]: учебник / Т.Г. Киселева,<br />
Ю.Д. Красильников. – М.: МГУКИ, 2004. С. 95–109.<br />
2. Новикова, Г.Н. Технологические основы социально-культурной деятельности [Текст] /<br />
Г.Н. Новикова.– М.: МГУКИ, 2004. С. 67–82.<br />
3. Первушина, О.В. Социально-культурная деятельность (теоретические основы) [Текст]: учеб. пособие<br />
/ О.В. Первушина. Барнаул: Изд-во АГИИК, 2002. С. 56–67.<br />
13
СЕКЦИЯ 1<br />
БЕЗОПАСНОСТЬ МОРЕПЛАВАНИЯ<br />
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВОЗКИ АВТОМОБИЛЕЙ НА СОВРЕМЕННЫХ<br />
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СУДАХ<br />
Андреев Артем Иванович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: доцент Пузачёв А.Н.<br />
По своему назначению суда морского флота разделяются на транспортные, служебновспомогательные<br />
и технического флота. Основным звеном является транспортный флот,<br />
классификация которого в настоящее время производится по роду перевозимого груза. Учитывая<br />
известное выражение «груз создает судно», можно утверждать, что характеристики<br />
груза и грузопотока обусловливают параметры и тип транспортных средств.<br />
Транспортная классификация обычно предусматривает разделение всей совокупности<br />
грузов на определенные категории, классы, подклассы, род, вид и подвид.<br />
Рассмотрим такой вид груза, как подвижная техника. Для перевозки автомобилей зачастую<br />
используются неспециализированные суда. Особенно это наблюдалось в Дальневосточном<br />
бассейне. Автомобили перевозились на сухогрузах, контейнеровозах, даже на рыболовных<br />
судах. Погрузка осуществлялась с помощью береговых кранов, или грузовых устройств,<br />
находящихся на судне, что приводило к проблематичным и не быстрым грузовым<br />
операциям, автомобили ставили на любое свободное место на палубе, наваривали конструкции.<br />
В качестве креплений использовались синтетический трос и рычаг-скрутка.<br />
Индивидуальная схема крепления легкового автомобиля<br />
1 - рычаг-скрутка; 2 - синтетический трос<br />
Из-за того что автомобили устанавливались на не совсем пригодных для этого местах и<br />
на открытой палубе, возникали проблемы порчи груза, были случаи когда автомобили било<br />
волнами, перетирались и лопались синтетические тросы, что приводило к столкновениям.<br />
14
В отличии от неспециализированных судов, Современный автомобилевоз представляет<br />
собой необычайное в конструкторском плане судно, обеспечивающем очень быструю<br />
погрузку, выгрузку автомобильной техники своим ходом через аппарели на несколько<br />
палуб-пантусов и обеспечены стационарными средствами крепления, рассчитанными на<br />
достаточный запас прочности и надёжности крепления этих подвижных средств.<br />
Судно для перевозки автомобилей<br />
По внешнему виду и по способу погрузки и разгрузки они больше похожи на плавучие<br />
многоэтажные гаражи, чем на обычные суда. При погрузке автомобили въезжают на такое<br />
судно обычно через бортовые лацпорты и разъезжаются по палубам с помощью внутренних<br />
аппарелей. Используемые для трансокеанских перевозок автомобилей большие суда могут<br />
принять на десять своих грузовых палуб от 3 до 4 тыс. легковых автомашин средних размеров.<br />
Самое большое судно такого типа было построено в 1974 г. в Японии, на это судно<br />
можно погрузить 6 тыс. легковых автомобилей. Погрузка судов для перевозки автомобилей<br />
может производиться одновременно по кормовой, бортовым и реже носовой грузовым рампам.<br />
Каждый автомобиль заводится на судно или сходит с него своим ходом. Суда для перевозки<br />
автомобилей имеют очень большую высоту надводного борта, еще большую, чем у<br />
контейнеровозов и судов с горизонтальной погрузкой. Контейнеры, трейлеры (грузовые автоприцепы),<br />
автомобили и другие подобные грузы занимают при погрузке значительно<br />
больший объем, чем сравнительно плотно уложенные генеральные грузы в трюмах обычных<br />
сухогрузных судов. Однако эти особенности специализированных судов и соответственно<br />
больший расход материалов на их постройку с избытком перекрываются выигрышем от увеличения<br />
провозной способности вследствие сокращения затрат времени на проведение грузовых<br />
операций. Высокорасположенные грузы, размещаемые преимущественно на грузовых<br />
палубах, лежащих выше ватерлинии, а также на верхней палубе, при качке судна подвергаются<br />
воздействию значительных инерционных сил. Для предотвращения связанных с этим<br />
неприятных последствий на современных контейнеровозах и судах с горизонтальной погрузкой<br />
применяются успокоители качки. Они представляют собой устройства, противодействующие<br />
вынужденным колебаниям судна, возбуждаемым волнами, и удерживающие судно в<br />
положении, близком к прямому. Различают успокоители качки двух принципиально различных<br />
типов: бортовые управляемые рули и жидкостные успокоительные цистерны. Бортовые<br />
управляемые рули могут действовать только на ходу судна, так как для возникновения усилий,<br />
препятствующих его наклонениям, рули должны обтекаться набегающим потоком воды.<br />
Сложный механизм управления обеспечивает ежеминутно такой угол отклонения рулей в<br />
нужную сторону, чтобы создавался момент, противодействующий крену судна при качке.<br />
15
Даже при сильном волнении крен у судов, оборудованных бортовыми управляемыми рулями,<br />
не превышает 5.<br />
Намного проще по конструкции жидкостные успокоительные цистерны. Жидкость<br />
(чаще всего вода, а в некоторых случаях жидкое топливо) может свободно перетекать в успокоительной<br />
цистерне, простирающейся от борта до борта.<br />
Принцип действия успокоительной цистерны заключается в том, что колебания жидкости<br />
в ней отстают по фазе от колебаний самого судна, и жидкость всегда перемещается на<br />
борт, противоположный наклонению, уменьшая тем самым крен судна при качке.<br />
Грузовая палуба автомобилевоза похожа на огромную многоэтажную парковку. Как<br />
уже было упомянуто, эти суда оснащены стационарными средствами крепления автомобилей,<br />
это как правило с крюками и талрепом, что позволяет быстро и надежно зафиксировать<br />
автомобиль. В палубе имеются отверстия с рымами, за которые фиксируются крюки тросов,<br />
которые обеспечивают быструю и надежную фиксацию.<br />
На неспециализированных судах эту роль выполняют наваренные рымы на палубе, или<br />
первое что попадется под руку, например леер.<br />
Так же на грузовой палубе автомобилевоза имеется специальная разметка, что то вроде<br />
разметки на автомобильной дороге, это позволяет быстро и без суеты поставить автомобиль<br />
на указанное место.<br />
В процессе погрузки участвуют подгонщики автомобилей, люди занятые креплением<br />
(как правило, один сзади, другой спереди), а так же человек, занятый контролем въезда. Команда,<br />
по которой разрешается въезд на указанное место осуществляется свистком.<br />
К сожалению литературы по этой теме практически нет, в качестве дипломной работы,<br />
мною будет представлен фильм, в котором будет четко отражена погрузка на специализированном<br />
судне-автомобилевозе. Посмотрев этот фильм, можно будет увидеть, что грузовые<br />
работы производятся быстро и качественно, что за сохранность груза, его владелец может не<br />
беспокоиться, автомобили будут надежно закреплены и доставлены до места назначения.<br />
АНАЛИЗ УПРАВЛЯЕМОСТИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТОР-СУДНО<br />
Аношкин Олег Валерьевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />
fadyushin@msun.ru<br />
Анализ аварий и инцидентов на море, произошедших за последние 30 лет, привёл к постепенному<br />
отходу международного морского сообщества от одностороннего подхода, сфокусированного<br />
на технических требованиях к конструкции и оборудованию судна. Этот анализ<br />
заставил обратить внимание на тот подход, в котором признаётся роль человеческих<br />
факторов в безопасности на море, а оператор-судоводитель и судно рассматриваются как<br />
единая система [1].<br />
Под термином «человеческий фактор» в настоящей работе понимается научнотехническая<br />
категория, включающая в себя следующие субъективные факторы:<br />
психологические качества морского специалиста как личности;<br />
уровень профессиональной подготовки;<br />
опытность морского специалиста.<br />
По статистическим данным Федерального агентства морского и речного транспорта на<br />
долю этого фактора приходится около 80 % различных коллизий в судоходстве.<br />
Динамику движения судна можно задать известными из теории корабля дифференциальными<br />
уравнениями [2]:<br />
16
dβ<br />
dτ<br />
+ q β + r ω + S δ R + h β 0;<br />
(1)<br />
21 21 21 1β<br />
=<br />
dω dτ<br />
q β + r ω + S δ 0;<br />
(2)<br />
+ 31 31 31 R =<br />
Человеческий фактор и судно, или перечисленные субъективные факторы и дифференциальные<br />
уравнения движения судна (1) и (2), образуют систему оператор-судно. Результаты<br />
анализа управляемости этой системы изложены в данной статье.<br />
Моделирование крупномасштабных сложных технических систем, какими являются<br />
системы типа оператор-судно, является задачей огромной сложности. Это объясняется рядом<br />
причин, из которых можно выделить следующие:<br />
затруднено количественное описание поведения субъектов, входящих в систему (операторов-судоводителей);<br />
существенную роль в системе играют недетерминированные (случайные, стохастические)<br />
процессы;<br />
неотъемлемой частью таких систем являются процессы принятия решений человеком,<br />
зависящие от психологических особенностей субъекта.<br />
Приступая к моделированию системы оператор-судно, её необходимо рассматривать<br />
как человеко-техническую систему с двумя главными компонентами: человек и судно. При<br />
этом необходимо учитывать, что главным звеном в сложной цепи рассматриваемой системы<br />
является оператор-человек, с его субъективными факторами. Действительно, аварии с морскими<br />
судами показывают, что ни автоматизация, ни оснащение их современными приборами<br />
управления не гарантируют полной безопасности движения. Основной причиной аварий<br />
являются субъективные («человеческие») факторы.<br />
Вопросу влияния субъективных факторов на управление движением судна посвящено<br />
немало исследований. Однако, до сих пор этот вопрос остается малоизученным. Попрежнему<br />
остаётся актуальной проблема выявления и оценки основных навигационных факторов,<br />
которыми руководствуется оператор-судоводитель, например, при расхождении с<br />
другими судами.<br />
Прежде всего, для определения основных навигационных факторов необходимо разложить<br />
сложное плоское движение (движение судна в плоскости горизонта) на два простых:<br />
вращательное (по линии пеленга) и поступательное (по линии, перпендикулярной линии пеленга).<br />
В результате будет получена следующая система уравнений, слагаемые которой обозначены<br />
так, как это принято в пропорциональной навигации [3]:<br />
D′<br />
= V<br />
ц<br />
Dη′<br />
= V<br />
cosη<br />
−V<br />
c<br />
с<br />
sinγ<br />
−V<br />
cosγ<br />
;<br />
ц<br />
sinη.<br />
(3)<br />
где D′ − скорость изменения дистанции между объектами;<br />
V ц − скорость объекта маневра;<br />
V c − скорость маневрирующего объекта;<br />
η − угол поворота линии пеленга;<br />
γ − угол упреждения;<br />
D − дистанция между объектами;<br />
η′ − скорость поворота линии пеленга.<br />
17
Величины, входящие в (3), характеризуют взаимное перемещение маневрирующего<br />
объекта и объекта маневра и поэтому могут использоваться в качестве основных навигационных<br />
факторов.<br />
Для количественной оценки динамики изменения текущих<br />
навигационных факторов относительно заданной эталон-<br />
r i<br />
ной ситуации каждый из них представлен в навигационном<br />
пространстве в виде радиус-вектора r i , изображенном на рис. 1.<br />
α<br />
Эталонная ситуация представлена также в виде радиус-вектора<br />
r t r 0 , и характеризуется среднестатистическими данными навигационных<br />
факторов, обеспечивающих нормативные критерии<br />
r 0 при расхождении судов. Тогда расхождение между r i и r 0 покажет<br />
рассеивание текущей ситуации, которое также представле-<br />
Рис. 1.<br />
но в виде радиус-вектора r t . Модуль r t в безразмерном виде<br />
можно рассчитать по формуле (4):<br />
2 2<br />
ri<br />
r0<br />
r<br />
2<br />
i r<br />
r<br />
0<br />
t = + − cosα<br />
(4)<br />
σ i σ i σi<br />
σi<br />
где r i − текущее значение i-го фактора;<br />
r 0 − заданное значение i-го фактора;<br />
σ i − средняя квадратическая погрешность i-го фактора;<br />
α − угол между r i и r 0 , выраженный во временной мере.<br />
Для каждого из факторов определяются статистические зависимости<br />
α r = f ( r t ),<br />
(5)<br />
где α r − угол перекладки руля.<br />
Для зависимостей (5) находятся коэффициенты корреляции, которые определяются в<br />
функции от времени по минимальной выборке. Затем строится диаграмма коэффициентов<br />
корреляции (диаграмма управляемости системы оператор-судно) и по ней путём сравнения с<br />
эталонной диаграммой производится оценка основных навигационных факторов конкретного<br />
оператора-судоводителя.<br />
На рис. 2 показана одна из таких характерных диаграмм.<br />
у<br />
1<br />
Коэффициент<br />
корреляции<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
-0,2 10 20 30 40 50 60 70 80 90<br />
-0,4<br />
-0,6<br />
-0,8<br />
-1<br />
5<br />
3<br />
6<br />
1<br />
Время<br />
А 2<br />
Рис. 2. Диаграмма управляемости системы оператор-судно<br />
На диаграмме изображены графики зависимостей:<br />
1 − α r = f(r D ); 2 − α r = f(r η ); 3 − α r = f(r γ ); 4 − α r = f(r D ′); 5 − α r = f(r η ′); 6 − α r = f(r γ ′).<br />
4<br />
18
Анализ диаграмм, полученных в ходе эксперимента, для различных категорий операторов-судоводителей<br />
позволил сделать следующие выводы:<br />
1. При управлении движением судна оператор-судоводитель использует свои индивидуальные<br />
(субъективные) факторы, которые зависят от его опытности. Как правило, опытный<br />
оператор использует в качестве основных факторы, характеризующие скорость изменения<br />
дистанции, курсового угла и пеленга.<br />
2. В начальной стадии маневрирования оператор-судоводитель, очевидно, произвольно<br />
выбирает факторы для руководства и поэтому в начале как бы не имеет перед собой четкой<br />
цели, о чём говорит неустойчивый характер кривых, изображенных на диаграмме. Этот этап,<br />
который условно можно охарактеризовать как этап формирования принятия решения, по<br />
времени занимает больше половины от всего процесса. Именно на этом этапе формируются<br />
последующие управляющие действия в виде угла перекладки руля, приводящие к определённому<br />
результату.<br />
3. В некоторый момент (точка А на рисунке 2) оператор-судоводитель, возможно, «переосмысливает»<br />
ситуацию и выбирает в качестве основных те факторы, которые позволяют<br />
ему достичь поставленной цели. Об этом свидетельствует пересечение кривых коэффициентов<br />
корреляции на оси абсцисс диаграммы в точке А.<br />
4. После «правильного» выбора и «исправления» ситуации в сторону эталонной оператор<br />
придерживается выбранных факторов до окончания процесса. Об этом говорит плавный<br />
вид кривых на рисунке после прохождения точки А.<br />
5. Управляемость системы оператор-судно обеспечивается параметрами, которые характеризуют<br />
взаимное перемещение судна и объекта маневра. К этим параметрам можно отнести:<br />
− скорость изменения дистанции;<br />
− скорость изменения пеленга;<br />
− скорость изменения курсового угла;<br />
− скорость изменения курса судна (угловая скорость судна).<br />
Такие параметры как дистанция, пеленг, курс судна и курсовой угол служат для установления<br />
эталонной ситуации, т. е. для контроля движения.<br />
Основной вывод проведённого исследования заключается в том, что человеческий фактор<br />
играет важную роль в обеспечении безопасности плавания и его необходимо учитывать<br />
при управлении судном, рассматривая при этом оператора (судоводителя) и судно как единую<br />
систему оператор-судно.<br />
Литература<br />
1. Резолюция Ассамблеи ИМО А.849(20) – Кодекс проведения расследований аврий и инцидентов на море.<br />
Дополнение 2. Руководство по расследованию человеческих факторов в авариях и инцидентах на море.<br />
2. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т.3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика<br />
судов с динамическими принципами поддержания / Под ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение,<br />
1985. 544 с.<br />
3. Канн В.Л., Кельзон А.С. Теория пропорциональной навигации. - Л.: Судостроение, 1965. – 423 с.<br />
19
УСТАНОВКА И АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СУДОВЫХ<br />
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ<br />
Ветков Михаил Александрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />
fadyushin@msun.ru<br />
За последнее время способы информирования специалистов с помощью средств компьютерных<br />
коммуникаций коренным образом изменились. Если ранее подобные средства предназначались<br />
лишь для узкого круга специалистов и опытных пользователей, то теперь они рассчитаны<br />
на самую широкую аудиторию, в том числе и на судоводителей морского флота. Передача<br />
данных с помощью компьютеров, использование локальных и глобальных компьютерных<br />
сетей становятся столь же распространенным, как и сами компьютеры [1].<br />
В настоящее время персональные компьютеры широко используются для создания локальных<br />
информационных судовых систем. Основой таких систем является судовая локальная<br />
компьютерная сеть, которая позволяет решать комплекс задач по управлению различными компонентами<br />
в сложной структуре морского судна. На базе судовых компьютерных сетей в конце<br />
90-х годов стали создаваться корпоративные компьютерные системы.<br />
Корпоративная компьютерная система это комплекс программного обеспечения, компьютерного<br />
оборудования и компьютерных сетей, предназначенный для автоматизации учрежденческой<br />
и хозяйственной деятельности конкретного предприятия или объединения,<br />
включая судоходные компании и морские суда. В свою очередь корпоративные информационные<br />
системы служат базой современных интегрированных информационных систем ходового<br />
мостика судна.<br />
Пользователи судовых локальных компьютерных сетей должны иметь четкое представление<br />
о требованиях, предъявляемые к ним при работе в сети, т. к. стоимость элементов<br />
серьезного сетевого оборудования достаточно высока. Компьютерная сеть может быть создана<br />
самостоятельно силами экипажа по инструкциям методической литературы. Такая сеть<br />
позволит экипажу разрабатывать и согласовывать массу документов без их предварительной<br />
распечатки, вести учет всевозможной информации в единой базе данных.<br />
Для обеспечения технической поддержки сетевых ресурсов необходимо иметь логическую<br />
и монтажную схему сети, спецификации на сетевое оборудование, перечень сетевых<br />
задач, списки пользователей и учитывать специфику прокладки среды передачи данных на<br />
судне. Необходимо, чтобы члены экипажа, назначаемые сетевыми администраторами, прошли<br />
обучение и аттестацию в учебном заведении или на соответствующих курсах.<br />
Таким образом, судовые локальные компьютерные сети имеют большое значение не<br />
только для эффективного решения производственных задач отдельно взятой корпорации (судоходной<br />
компании), но также являются мощным средством в деле обеспечения безопасности<br />
мореплавания. Однако до сих пор этому важному для обеспечения мореплавания судна<br />
техническому компоненту уделялось недостаточное внимание в учебном процессе. В этой<br />
связи специалисты, приходящие на судно испытывают трудности по установке и администрированию<br />
судовых локальных компьютерных сетей. Кроме того, по данному вопросу имеется<br />
недостаточное количество учебной литературы. Поэтому компьютерным сетям необходимо<br />
уделять большее внимание в учебном процессе и включить изучение данной темы в<br />
дисциплину «Компьютерные технологии в судовождении» [2].<br />
Литература<br />
1. Гайсина Л. Ф. Сети ЭВМ и телекоммуникации: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 160 с.<br />
2. Фадюшин С. Г. Компьютерные технологии в судовождении: Учеб. пособие. Ч. 1, 2. - Владивосток:<br />
Мор. гос. ун-т, 2005. 79 с.<br />
20
ОСОБЕННОСТИ ПОГРУЗКИ У ВТП (ВЫНОСНОГО ТОЧЕЧНОГО<br />
ПРИЧАЛА) В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ<br />
Евсеев Сергей Сергеевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: доцент Аносов Н.М.<br />
anosov@msun.ru<br />
Особенности грузовых операции танкеров на Сахалинском шельфе<br />
Морские транспортировки грузов играют важную роль в обеспечении деятельности<br />
различных отраслей мировой экономики. В настоящее время осуществляется большое количество<br />
перевозок грузов наливом.<br />
Однако мореплавание связано с определенной долей риска, последствием которого могут<br />
стать морские катастрофы и аварии, наносящие значительный ущерб окружающей среде<br />
и здоровью человека. Особенно велика степень риска при транспортировке наливных грузов<br />
ввиду их опасных свойств. Поэтому данный вид перевозок строго регламентирован международными<br />
документами и национальными правилами, которые предъявляют высокие требования<br />
к мерам безопасности по конструкции и оборудованию танкера, методам эксплуатации<br />
танкера и к профессиональной подготовке экипажа.<br />
Морская статистика отмечает, что свыше 60% случаев гибели судов, аварий и аварийных<br />
происшествий происходит из-за нарушений правил транспортировки грузов, т.е. нарушения<br />
технологии морской перевозки грузов. Большинство из этих аварий произошло по<br />
причине неправильной погрузки, что свидетельствует об актуальности данной темы.<br />
Подготовка танкера к перевозке нефтепродуктов включает в основном пять этапов:<br />
1. подготовка грузового плана и технологической карты погрузок,<br />
2. подготовку грузовых танков;<br />
3. проверку непроницаемости трубопроводов грузовой и зачистной систем, клинкетов,<br />
механизмов, обслуживающих грузовые танки;<br />
4. проверку технической исправности систем подогрева груза и газоотводной;<br />
5. принятие общих мер по обеспечению безопасности грузовых операций.<br />
Подготовкой грузового плана, а также технологической карты погрузки на судах, как<br />
правило, занимается старший помощник капитана. В наше время – время компьютерных<br />
технологий в помощь судоводителю приходят различные компьютерные программы, такие<br />
как Ship Manager (Рисунки 1.1, 1.2, 1.3). Данная программа позволяет рассчитать параметры<br />
остойчивости, рациональное распределение грузов и переменных запасов по длине судна,<br />
исключающее возникновение чрезмерных напряжений корпуса, наилучшую технологическую<br />
схему погрузки, позволяющую достичь сокращения продолжительности грузовых операций<br />
до минимума при условии обеспечения пожарной безопасности и многое другое. Программа<br />
работает в режиме оффлайн – не подключенном к датчикам в грузовых танках, применяется<br />
данный режим в основном для предварительных расчетов. Также, если установить<br />
датчики замеров пустот непосредственно в грузовые танки, то программа может работать в<br />
режиме онлайн – показывать параметры судна в реальном времени по ходу проведения грузовых<br />
операций, что в значительной мере облегчает работу грузового помощника.<br />
Достоинства и плюсы этой программы заключаются в том, что она не только облегчает<br />
работу грузового помощника, но и значительно повышает точность данных, позволяющих<br />
существенно обезопасить процесс грузовых операций.<br />
21
Рис. 1.1. Рис. 1.2.<br />
С помощью этой программы в ходе погрузки грузовой помощник сможет мгновенно<br />
получить информацию о поперечной и продольной прочности судна, диаграмме статической<br />
и динамической остойчивости, изгибающих моментах действующих на судно, процентное<br />
содержание груза и балласта в танках, и много другой полезной информации, дающей полную<br />
картину и контроль грузовой операции на судне. Такие типы программ разрабатываются<br />
ведущими инженерами индивидуально для каждого типа судна, учитывая все особенности в<br />
конструкции и характеристиках судна.<br />
Рис. 1.3.<br />
Для визуализации и для более полной наглядности размещения груза на экран дисплея<br />
в посту управления грузовыми операциями (ПУГО) выведена информация указывающая<br />
температуру, пустоты и давление в танках (Рисунок 2).<br />
22
Рис. 2.<br />
Схема поступления данной информации с грузовых танков на дисплей приведена на<br />
(Рисунке 3). Но, как и всякая техника, эта программа также требует контроля, поэтому предварительный<br />
грузовой план рассчитывается и при помощи судовой, грузовой документации.<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
Рис. 3.<br />
23
1. Блок сбора информации с соответствующих источников (танков, системы инертного<br />
газа).<br />
2. Блок преобразования информации и автоматических расчётов.<br />
3. Рабочая станция, включающая в себя процессор, монитор и принтер<br />
4. Блок, который предоставляет информацию об уровне балласта в танках и его температуру,<br />
осадку судна.<br />
Особенности погрузки у ВТП в ледовых условиях<br />
Погрузка у ВТП в ледовых условиях производится только на суда с носовым погрузочным<br />
устройством, так как использование этого способа позволяет избежать контакта грузового<br />
шланга со льдом. Основной опасностью при наличии льда в районе терминала является<br />
возможность смещения судна от своего нормального положения под воздействием массы<br />
льда. При смещении в сторону ВТП возникает опасность навала и повреждения конструкций,<br />
как танкера, так и причала. При смещении судна от ВТП возникает опасность создания<br />
чрезмерных нагрузок на швартове, его обрыв и обрыв грузового шланга. Другой опасностью<br />
работы в ледовых условиях является повреждение судовых конструкций при сильном сжатии<br />
ледовых полей.<br />
Для предотвращения воздействия крупных полей на судно во время стоянки под грузовыми<br />
операциями организуется непрерывное наблюдение за состоянием и направлением<br />
дрейфа ледяного поля и эшелонированная околка льда с помощью ледоколов и судов обеспечения<br />
(Ice Management). Руководство операциями по околке льда в районе терминала осуществляет<br />
швартовный мастер или другое лицо, официально назначенное терминалом. Терминалы,<br />
эксплуатирующиеся круглогодично в районах интенсивного льдообразования, имеют<br />
специальное руководство по обеспечению безопасной работы терминала в ледовых условиях.<br />
Экипажи судов посещающих такие терминалы в зимнее время обязаны ознакомиться с<br />
данным руководством, а так же с руководством по взаимодействию с ледоколами, разработанным<br />
компанией – оператором ледокольных судов.<br />
В зависимости от сложности ледовой обстановки линейные ледоколы раскалывают поля<br />
льда на удалении от терминала до пяти миль. Район работы ледоколов определяется исходя<br />
из направления дрейфа льда, его сплочённости и скорости дрейфа. Околка льда в непосредственной<br />
близости от терминала производится судами обеспечения. Основная цель<br />
околки – измельчение ледяных полей до минимально возможных размеров с целью предотвращения<br />
чрезмерного давления на корпус судна и смещения судна из его нормального рабочего<br />
положения.<br />
При швартовке, в ходе погрузки и при отходе у ВТП могут возникнуть сложности, требующие<br />
повышенного внимания со стороны экипажа судна, а именно:<br />
- Возможно перехлёстывание основного троса со швартовом, если перед швартовкой<br />
они находились, полностью или частично, на поверхности льда. Для освобождения троса<br />
может понадобиться шест с крюком и/или стопорный конец длиной 5-6 метров.<br />
- Во время погрузки необходимо удерживать судно на швартове так, чтобы избежать<br />
чрезмерного бокового смещения относительно оси стрелы причала и диаметрали судна. При<br />
появлении эффекта «складывания» или значительного бокового смещения необходимо вернуть<br />
судно в его нормальное положение изменением оборотов работы ГД.<br />
Если же этого не удаётся сделать только работой судовой пропульсивной установки,<br />
одно из судов обеспечения должно обеспечить удержание носовой оконечности судна, работая<br />
на упор или заведя буксирный трос на палубе бака. Судно, производящее околку льда у<br />
терминала, должно создавать разрежение в том районе, где это предпочтительнее для возвращения<br />
танкера в его нормальное рабочее положение.<br />
Особое внимание следует уделить, если в случае возникновения ситуации требующей<br />
значительного изменения режима работы пропульсивной установки, принятия буксирного<br />
троса с судна обеспечения или других мероприятий, требующих повышенного внимания<br />
грузовые операции должны быть остановлены до тех пор пока судно не будет приведено в<br />
его нормальное рабочее положение.<br />
24
После длительной работы машиной на задний ход возможно образование спрессованной<br />
ледяной подушки в кормовой оконечности судна, которая может служить препятствием<br />
во время отхода судна от причала после отшвартовки и создать опасность повреждения винто-рулевой<br />
группы танкера. В этом случае судно обеспечения должно предварительно разредить<br />
образовавшееся уплотнение льда. Отход судна необходимо производить, когда по корме<br />
судна создастся разряжение, достаточное для набора скорости заднего хода и безопасного<br />
отхода судна от причала.<br />
Литература<br />
1. Международная и судовая документация.<br />
СИТУАЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ НАВИГАЦИОННОЙ<br />
БЕЗОПАСНОСТИ ПЛАВАНИЯ<br />
Некрасов Сергей Николаевич, Прохоренков Андрей Александрович<br />
Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />
г. Санкт-Петербург<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />
Навигационная безопасность является важнейшим качественным свойством процесса<br />
судовождения. Процесс судовождения представляет собой реализацию целенаправленного<br />
поведения качественно сложной организационно-технической системы судоходства. Эта<br />
система функционирует в условиях воздействия стохастических факторов, которые формируются<br />
изменяющимися навигационно-гидрографическими условиями, гидрометеорологическими<br />
условиями, а также зависит от состояния и управляемости самого судна, способности<br />
судоводителей оценивать обстановку и других особенностей.<br />
Именно поэтому оценивать уровень навигационной безопасности даже в теоретическом<br />
плане сложно, тем более сложно управлять навигационными рисками практически. Изучению<br />
вопросов оценки навигационной безопасности плавания, в силу важности и актуальности<br />
данного вопроса посвящено достаточно много работ [1,2,3],однако в силу большой<br />
сложности рассматриваемой проблемы далеко не все вопросы удалось решить и в первую<br />
очередь вопросы оценки уровней навигационных рисков при плавании судов различных типов<br />
в сложных навигационных условиях.<br />
В качестве основной характеристики оценки навигационной безопасности, очевидно,<br />
следует рассматривать вероятность появления опасной навигационной ситуации. Это объясняется<br />
стохастичностью проявления различных свойств организационно-технической системы<br />
судовождения с одной стороны и множеством состояний, характеризующих поведение<br />
этой системы с другой стороны.<br />
Например, множество случайных факторов, порождаемых изменчивостью навигационно-гидрографических<br />
условий (НГУ) и гидрометеорологических условий (ГМУ) порождают<br />
изменение и, в некоторых случаях, ухудшение навигационной обстановки.<br />
Само же управление судном, как это следует из практики судовождения, сводится к<br />
оценке обстановки, принятию решения на маневр и собственно выполнению маневра, причем<br />
все эти действия могут сопровождаться ошибками, вносящими дополнительный вклад в<br />
появление и развитие опасной навигационной ситуации. Понятно, что навигационная безопасность<br />
плавания будет определяться особенностями навигационно-гидрографических условий<br />
района плавания и способностью людей оценивать навигационную обстановку, принимать<br />
решение, выполнять маневр и контролировать указанные действия.<br />
Известно, что районы плавания могут быть простыми и сложными в навигационном<br />
отношении, причем сложность района плавания может быть связана с изменчивостью харак-<br />
25
теристик фарватеров, значительной изменчивостью рекомендованных курсов, наличием узкостей,<br />
удаленностью осей фарватеров от опасных изобат и т.п.<br />
В любом случае сложные районы плавания характеризуются естественным расположением<br />
рекомендованных путей вблизи навигационных опасностей.<br />
Сложные условия плавания могут сами по себе влиять на навигационную безопасность<br />
плавания и порождать опасные навигационные ситуации.<br />
Под опасной навигационной ситуацией следует понимать сближение судна со статической<br />
(обычно понимаемой в навигации навигационной опасностью) или динамической опасностью<br />
(встречным судном или плавающим объектом) на дистанцию менее заданной.<br />
В общем случае район плавания может характеризоваться совокупностью навигационных<br />
опасностей и некоторой площадью доступных позиций. Кроме того, район плавания характеризуется<br />
рекомендованными путями, по которым осуществляется движение некоторого<br />
множества судов в течение достаточно продолжительного времени.<br />
Все это дает основание характеризовать навигационную безопасность вероятностью<br />
свершения события не сближения судна с навигационной опасностью при плавании в определенном<br />
районе на дистанцию менее заданной. При этом под рисками опасных навигационных<br />
ситуаций следует понимать математическое ожидание опасных навигационных ситуаций.<br />
Это, при знании динамики перерастания опасных навигационных ситуаций в навигационные<br />
происшествия, аварии и катастрофы, позволяет оценивать ожидаемые потери личного<br />
состава, экологические и экономические потери при свершении навигационных аварий и катастроф,<br />
т.е. оценивать последствия проявления опасных навигационных ситуаций.<br />
Следовательно, при оценке навигационной безопасности следует определить вероятность<br />
свершения сложного события, отражающего поведение качественно сложной организационно<br />
технической системы судовождения, при котором расстояние до обозначенных<br />
выше опасностей будет менее заданного.<br />
Понятно, что это - достаточно общая постановка задачи, которая может быть уточнена<br />
применительно к конкретному проекту судна, конкретному району плавания и его<br />
особенностям и т.п.<br />
В основу построения математической модели качественно сложной навигационной<br />
системы положена деятельностная модель процесса судовождения, учитывающая особенности<br />
оценки обстановки, принятие решения на маневр и выполнение маневра, и особенности<br />
НГО и ГМО района плавания. Будем полагать, что свойства навигационной обстановки, а<br />
также ошибки оценки обстановки, принятия решения и выполнения маневрирования независимы<br />
между собой и каждая из них может привести к появлению опасной навигационной<br />
ситуации. Такое упрощающее допущение, конечно, нуждается в доказательстве. Однако подобное<br />
допущение о независимости событий появления ошибок в реализации процесса судовождения<br />
вполне приемлемо в данной работе. При выбранном подходе к оценке навигационной<br />
безопасности появляется возможность оценить максимально возможное значение вероятности<br />
появления опасной навигационной ситуации, что порождается свершением хотя<br />
бы одного из принятых совокупности событий реализации процесса судовождения, каждое<br />
из которых может приводить к опасной навигационной ситуации.<br />
Математическая модель организационно- технической системы судовождения строится<br />
с учетом современных методов языково-алгебраических формальных систем, которые включают<br />
методы функционально-структурных эргатических систем, И-сетей, методы полумарковских<br />
событий, семантических сетей и т. п. [2].<br />
Общим для этих методов является то, что последовательность выполняемых операций,<br />
составляющих суть событий во всех этих методах, представляется в виде дуг ориентированных<br />
графов, а события начала и завершения конкретного события отображаются вершинами.<br />
Основная количественная характеристика проявления данного события - вероятность свершения<br />
рассматриваемого события.<br />
Логико-вероятностные методы наряду с известными методами монотонной логики в<br />
наибольшей степени удовлетворяют поставленной задаче, т. к. позволяют в рамках извест-<br />
26
ных ограничений метода получить адекватные и непротиворечивые математические модели<br />
процесса судовождения, а также найти вероятности свершения сложных событий.<br />
В информационно-логическую модель процесса судовождения целесообразно включить<br />
события, наиболее часто встречающиеся на практике: плавание одиночного су-дна в<br />
сложных навигационных условиях и расхождение двух судов в сложных навигационных условиях,<br />
когда возможны не только события столкновения двух судов, но и появления опасных<br />
навигационных ситуаций, которые могут привести к посадки на мель хотя бы одного<br />
судна при расхождении. При этом следует учесть степень способности судоводителей оценивать<br />
навигационную и надводную обстановку, которая в свою очередь может быть простой<br />
или сложной. Тогда все события, учтенные в математической модели процесса судовождения,<br />
в рамках поставленной задачи, будут иметь дизъюнктивные связи между отдельными<br />
событиями.<br />
Таким образом, в информационно – логическую модель формирования опасных навигационных<br />
ситуаций, которую следует использовать для оценки максимальных значений вероятности<br />
появления опасных навигационных ситуаций при плавании судов в стесненных<br />
условиях, целесообразно включить следующие события.<br />
1. Событие, характеризующее благоприятную навигационную обстановку в районе плавания.<br />
2. Событие, характеризующее правильную оценку навигационной обстановки на одном судне.<br />
3. Событие принятия правильного решения на маневр одним судном.<br />
4. Событие, характеризующее правильное выполнение маневра одним судном.<br />
5. Событие (6), характеризующее свершение появления опасной навигационной ситуации,<br />
например, посадки на мель.<br />
6. Событие 7, 8, 9 аналогичны событиям 2, 3, 4, но для второго судна; 5, 10 - вспомогательные<br />
события.<br />
7. Событие 13 – событие, характеризующее благоприятную надводную обстановку.<br />
8. Событие 14, 15, 16, 18, 19, 20 – события верной оценки надводной обстановки, принятия<br />
решения на маневр расхождения и его выполнения на двух расходящихся судах.<br />
9. Событие 22 – событие сближения судов на дистанции менее заданной.<br />
10. Событие 23 – событие появления опасной навигационной ситуации вследствие сближения<br />
судов на малые дистанции или посадки судов при расхождении в сложных навигационных условиях.<br />
Информационно-логическая модель, характеризующая связь основных событий, связанных<br />
с особенностями судовождения имеет вид, приведенный на рис.1.<br />
Основные события связаны между собой дизъюнктивными связями, что подчеркивает<br />
суть задачи определения максимально возможного уровня навигационных рисков при плавании<br />
судна в сложных условиях.<br />
Для нахождения вероятности свершения сложного события появления опасной навигационной<br />
ситуации необходимо найти дизъюнктивную нормальную функцию и заменить логические<br />
операции дизъюнкции, конъюнкции и инверсии их вероятностными эквивалентами<br />
по правилам:<br />
a = aa<br />
1 2⇒ Ра = Ра Р ;<br />
1 а2<br />
b = а1∨a2<br />
⇒ Ра = Ра + Р ;<br />
1 а<br />
− Р<br />
2 а<br />
Р<br />
1 а2<br />
c = f ⇒ Р = 1 −Р<br />
.<br />
1 z<br />
а1<br />
Общее выражение вероятности появления опасной навигационной ситуации при плавании<br />
одиночного судна в сложных условиях имеет вид:<br />
Р<br />
ОНС<br />
= (1 − P<br />
1)P 6<br />
+ P<br />
1(1 − P<br />
4)P5P 6<br />
+ P<br />
1(1 − P<br />
3)P4P5P 6<br />
+ P<br />
1(1 − P<br />
2)P3P4P 5P6<br />
(1)<br />
где P1− P6<br />
– вероятности свершения соответствующих событий включенных в информационно<br />
логическую модель процесса судовождения в сложных условиях.<br />
27
3<br />
4<br />
1<br />
7<br />
2<br />
5<br />
6 12 11<br />
10<br />
23<br />
9<br />
8<br />
18<br />
21 22<br />
17<br />
14<br />
19<br />
20<br />
13<br />
15<br />
16<br />
Рис.1. Информационно-логическая модель опасной навигационной ситуации<br />
Для получения количественных характеристик максимальных уровней вероятностей<br />
опасных навигационных ситуаций используется равнопараметрический метод, при котором<br />
вероятности свершения событий, включенных в информационно-логическую модель появления<br />
опасных навигационных ситуаций принимаются одинаковыми и равными соответственно<br />
0.8, 09,0.95,0.99.<br />
Результаты оценки максимальных значений вероятностей появления опасных навигационных<br />
ситуаций при плавании судов в сложных условиях приведены в таблице 1<br />
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
Таблица 1<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
Свойства навигационной и надводной обстановки<br />
0.8 590 416 314 223<br />
0.9 539 343 228 126<br />
0.95 513 307 1855 78<br />
0.99 493 278 151 39<br />
Анализ этих результатов показал следующее.<br />
1. Увеличение качества оценки обстановки, принятия решения и выполнения маневра<br />
на 5% приводит к снижению уровня навигационных рисков на 30% при различных свойствах<br />
навигационной обстановки.<br />
2.Улучшение навигационной обстановки на 5% приводит к снижению навигационных<br />
рисков на 9-20%.<br />
28
Полученные результаты позволяют связать уровни квалиметрического оценивания<br />
подготовленности лиц принимающих решение по управлению судном с уровнем рисков<br />
опасных навигационных ситуаций, возникающих при плавании судна в сложных условиях.<br />
Так например, риски опасных навигационных ситуаций увеличиваются почти в 2 раза, если<br />
число ошибок в оценке навигационной обстановки, принятии решения или маневрировании<br />
составляют величину 5-10 ошибок на 100 соответствующих действий.<br />
На основании правил нахождения среднего значения при известной вероятности свершения<br />
событий появления опасных навигационных ситуаций можно получить среднее число<br />
опасных навигационных ситуаций на 1000 случаев их разрешения при плавании одного судна.<br />
Результаты оценки среднего числа опасных ситуаций приведены в таблице 2.<br />
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
Таблица 2<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
Свойства навигационной и надводной обстановки<br />
0.8 590 416 314 223<br />
0.9 539 343 228 126<br />
0.95 513 307 1855 78<br />
0.99 493 278 151 39<br />
Чтобы увязать число опасных навигационных ситуаций с числом навигационных аварий<br />
и катастроф, необходимо знать законы перерастания опасных ситуаций в аварии и катастрофы.<br />
Такие законы теоретически существуют, но, как правило, при решении этой задачи<br />
используют экспертные данные, которые свидетельствуют о том, что от 10 до 30 процентов<br />
опасных навигационных ситуаций перерастают в навигационные аварии, а от 10 до 30 процентов<br />
навигационных аварий перерастают в навигационные катастрофы.<br />
Тогда уровень навигационных аварий составит от 1 до 12, а число навигационных катастроф<br />
- около одной на 1000 случаев разрешения опасных навигационных ситуаций.<br />
Таким образом, формализация поведения качественно сложных систем с использованием<br />
логико-вероятностных методов оценки опасных навигационных ситуаций позволяет поновому<br />
оценить навигационную безопасность плавания судов в сложных условиях, увязав<br />
объективную навигационную обстановку со степенью способности лиц, управляющих судном,<br />
оценивать навигационную обстановку, принимать решение на маневр и выполнять маневрирование.<br />
Помимо опасных навигационных ситуаций, связанных со сближением с навигационными<br />
опасностями, при плавании судна, как правило, существует опасность столкновения<br />
судов при расхождении в сложных условиях, а также опасность посадки на мель при расхождении<br />
в сложны условиях. Используя логико-вероятностные методы ситуационного анализа<br />
можно оценить риск опасностей столкновения при расхождении в сложных условиях. Информационно-логическая<br />
модель ситуации расхождения включает события, включенные в<br />
общую модель оценки опасной навигационной ситуации, рассмотренную выше.<br />
Применяя подходы к решению данной задачи, рассмотренные ранее, можно получить<br />
аналитическую вероятностную функцию появления опасных ситуаций сближения двух судов<br />
на дистанции менее заданной при расхождении в сложных навигационных условиях , которая<br />
имеет вид:<br />
29
PСТ = P(1<br />
13<br />
− P)PPPP<br />
18 19 20 21 22<br />
+ P(1<br />
13<br />
− P)PPPP<br />
14 15 16 17 22<br />
+ P(1<br />
13<br />
− P)PPP<br />
19 20 21 22<br />
+<br />
+ P<br />
13(1− P<br />
15)P16 P17 P<br />
22<br />
+ P<br />
13(1− P<br />
20)P21P 22<br />
+ P<br />
13(1− P<br />
16)P17P 22<br />
+ (1−P 13)P19 P<br />
22<br />
–<br />
−P 13(1−P 16)P 17(1−P 20)P21P22 −P 13(1−P 15)P16P 17(1−P20 )P21P22 −P 13(1 −P 15)P16 P17<br />
(1−P 19)P20 P21P 22<br />
−P 13(1−P 16)P 17(1−P 19)P20 P21P 22<br />
− P<br />
13(1 −P 14)P15P16P 17(1−P 19)P20<br />
P21P 22<br />
− P<br />
13(1−P 14)P15P16 P<br />
17(1−P 20)P21P22 −P 13(1−P 14)P15P16 P<br />
17(1−P 18)P19<br />
P P P P 1 P P P 1−P P P P P −P 1−P P 1−P P P P P<br />
− ( − ) ( ) ( ) ( )<br />
20 21 22 13 15 16 17<br />
18 19 20 21 22 13 16 17 18 19 20 21 22<br />
А вероятностная модель свершения событий сближения с навигационными опасностями<br />
на дистанции менее заданных двух судов при расхождении в сложных условиях имеет вид:<br />
PСТ = P1( 1− P7) PP<br />
8 9P10P11P 12<br />
+ P1( 1− P2) PP<br />
3 4PP 5 6P 12<br />
+ P1( 1− P8)<br />
P9P10P11P<br />
12<br />
+<br />
+ P1( 1− P3) P4PP 5 6P 12<br />
+ P1( 1− P9) P10P11P 12<br />
+ P1( 1− P4) PP<br />
5 6P12+ ( 1− P1)<br />
P11P<br />
12<br />
+<br />
(3)<br />
+ ( 1−P1 ) P6 ( 1−P11) P12 −P1 ( 1−P4 ) PP<br />
5 6 ( 1−P9 ) P10 P11P12 −P1 ( 1−P3 ) P4PP 5 6 ( 1−P9 ) P10 P11P<br />
12<br />
−<br />
−P1( 1−P3) P4P5P6( 1−P8) P9P10P11P 12<br />
− P1( 1−P4) P5P6( 1−P8)<br />
P9P10P11P<br />
12<br />
−<br />
−P1( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P8) P9P10P11P 12<br />
− P1( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P9)<br />
P10P11P<br />
12<br />
−<br />
−( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P7) P8P9P10P11P 12<br />
− P1( 1−P3) P4P5P6( 1−P7)<br />
P8P9P10P11P 12<br />
–<br />
P1( 1−P4) P5P6( 1−P7)<br />
P8PP 9 10P11P12<br />
Получение вероятностной модели возникновения опасной навигационной ситуации,<br />
вызванной свершением хотя бы одного события из всей совокупности возможных событий,<br />
приводящих к опасным навигационным ситуациям возможно, но эта модель уже содержит<br />
несколько сотен членов и в полном виде не приводится, хотя именно она позволяет получить<br />
потенциально возможный уровень вероятностей появления опасных навигационных ситуаций<br />
при плавании кораблей в сложных условиях в данном районе.<br />
Применение равнопараметрического метода количественного анализа вероятностей появления<br />
опасных навигационных ситуаций позволяет получить потенциальные значения вероятностей<br />
появления опасных навигационных ситуаций, порождаемых расхождением судов,<br />
возможными посадками судов на мель при расхождении в сложных условиях или при<br />
одиночном плавании в сложных условиях. Результаты этих вычислений сведены в таблицу 3.<br />
При этом можно оценить потенциальные число опасных навигационных ситуаций, навигационных<br />
происшествий и навигационных аварий при плавании судов в сложных условиях<br />
при принятых исходных данных. Среднее число опасных навигационных ситуаций<br />
приведено в таблице 4.<br />
(2)<br />
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
Опасные навигационные ситуации<br />
Ситуация сближения с навигационными опасностями хотя<br />
бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуация сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />
Ситуация сближения с навигационными опасностями кораблями<br />
при расхождении или сближения двух судов на<br />
дистанции менее заданных<br />
Таблица 3<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
0.79 0.52 0.348 0.067<br />
0.79 0.52 0.348 0.067<br />
0.95 0.77 0.548 0.131<br />
Среднее число навигационных происшествий при плавании судов в сложных навигационных<br />
условиях составляет от 10 до 30 процентов от числа опасных навигационных ситуаций ,<br />
а их количество в зависимости от принятых начальных условий приведено в таблице 5.<br />
30
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
Опасные навигационные ситуации<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями хотя<br />
бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />
при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями судами<br />
при расхождении или сближения двух судов на дистанции<br />
менее заданных при плавании в заданном районе<br />
Таблица 4<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
790 520 348 67<br />
790 520 348 67<br />
950 770 548 131<br />
И, наконец, среднее число навигационных аварий и катастроф при плавании судов в<br />
сложных условиях с учетом расхождений составит от 10 до 30 процентов от навигационных<br />
происшествий. Эти значения навигационных аварий при различных условиях принятых в<br />
работе, указаны в таблице 6.<br />
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
Таблица 5<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
Опасные навигационные ситуации<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями хотя бы<br />
одного судна при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />
при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями судами<br />
при расхождении или сближения двух судов на дистанции менее<br />
заданных при плавании в заданном районе<br />
52-<br />
156<br />
52-<br />
156<br />
77-<br />
230<br />
79-<br />
240<br />
79-<br />
240<br />
95-<br />
300<br />
35-<br />
105<br />
35-<br />
105<br />
54-<br />
170<br />
7-<br />
21<br />
7-<br />
21<br />
13-<br />
40<br />
Качество оценки обстановки, принятия<br />
решения маневрирования<br />
0.8 0.9 0.95 0.99<br />
Таблица 6<br />
Опасные навигационные ситуации<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями<br />
хотя бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее<br />
заданной при расхождении в сложных условиях<br />
Ситуации сближения с навигационными опасностями<br />
судами при расхождении или сближения двух судов на<br />
дистанции, менее заданных при плавании в заданном<br />
сложном районе<br />
8-<br />
24<br />
8-<br />
24<br />
9-<br />
30<br />
5-<br />
15<br />
5-<br />
15<br />
8-<br />
23<br />
4-<br />
10<br />
4-<br />
10<br />
5-<br />
17<br />
1-<br />
2<br />
1-<br />
2<br />
1-<br />
4<br />
Таким образом, предложены новые подходы к оценке навигационной безопасности<br />
плавания судов в сложных навигационных условиях, позволяющий учитывать многообразие<br />
навигационных ситуаций, порождаемых сложными навигационными условиями плавания и<br />
способностями лиц командного состава оценивать обстановку и принимать правильные решения<br />
на маневр. Такой метод исследования навигационной безопасности плавания судов в<br />
сложных навигационных условиях позволяет решать ряд прикладных задач, например, оценивать<br />
уровень подготовки специалистов по судовождению в современных комплексных трена-<br />
31
жерах, проводить экспертизу проектных решений по навигационно-гидрографическому и гидрометеорологическому<br />
обеспечению плавания судов в сложных условиях, оценивать влияние<br />
систем управления движением судов на навигационную безопасность плавания, оценивать потенциальную<br />
навигационную аварийность в районах строительства новых портов и т.п.<br />
Литература<br />
1. Груздев Н.М. Навигационная безопасность плавания. - СПб., ГУНИО МО РФ, 2002., 220 с.<br />
2. Вагин Н.В. и др. Достоверный и правдоподобный вывод в интеллектуальных системах. - М.: Физматлит,<br />
2004., 703 с.<br />
3. Некрасов С.Н. Теоретические основы автоматизации кораблевождения. - Спб., СПбВМИ, 2002., 250 с.<br />
32<br />
ВЛИЯНИЕ ГИГАНТСКИХ ВОЛН НА БЕЗОПАСНОСТЬ МОРСКОЙ<br />
ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДОВ<br />
Попов Роман Витальевич, Латышев Александр Сергеевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., доцент Славгородская А.В.<br />
Бурное развитие космических и информационных технологий последних лет позволило<br />
получить неопровержимые свидетельства, подтверждающие существование гигантских волн<br />
(или так называемых «волн-убийц») в океане. География распространения, частота появления<br />
и большая разрушительная способность гигантских волн могут в корне изменить подходы<br />
к стандартам безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и<br />
танкеров. За 25 лет (1969-1994 гг.) в Тихом и Атлантическом океанах 22 супертанкера были<br />
потеряны или серьезно повреждены при встрече с волнами-убийцами. При этом погибли 525<br />
человек. 12 аналогичных случаев было зарегистрировано в Индийском океане. По данным<br />
агентства Ллойда, с 1973 г. по 1989 г. потерпели крушение 495 танкеров, из которых 86 водоизмещением<br />
более 100 тыс. т, при этом в 25,6 % случаев причиной аварий была штормовая<br />
погода. Морские нефтяные платформы также подвержены рискам воздействий аномальных<br />
волн. Эксперты полагают, что именно волна-убийца разрушила буровую вышку компании<br />
Mobil Oil в районе Большой Ньюфаундлендской банки в 170 милях от порта Сент-Джонс<br />
(Канада) 15 февраля 1982 г. Гигантская волна разбила иллюминаторы и затопила пульт<br />
управления, после чего вышка перевернулась и затонула, унеся жизни всех 84 буровиков. В<br />
1995 г. плавучая буровая «Веслефрик В» компании Statoil была серьезно повреждена волнойубийцей.<br />
Прочный корпус морской платформы «Шихальон» (компания BP Amoco), конструкция<br />
которой по расчетам должна была выдерживать удары стихии при скорости ветра 130<br />
км/ч, был сильно поврежден волной 9 ноября 1998 г. при скорости ветра 110 км/ч.В Европейском<br />
космическом агентстве (ESA) утверждается, что волны-убийцы встречаются в океане<br />
значительно чаще, чем это предполагалось ранее. Этот вывод, подтвержденный независимыми<br />
измерениями волн в Южной Атлантике, может в корне изменить подход к стандартам<br />
безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и танкеров. По<br />
мнению известного норвежского эксперта С. Хавера высота волны-убийцы может на 10-20%<br />
превышать порог, заданный статистическими данными о волнении, который учитывается<br />
при строительстве нефтяных платформ.<br />
Еще более категорично высказался авторитетный британский эксперт в области судостроения<br />
Д. Фолкнер, утверждая, что часто используемые при постройке судов критерии<br />
экстремальной высоты линейной волны в 10,75 м и максимальной нагрузки в 26-60 кН/мм 2<br />
совершенно неадекватны и не обеспечивают безопасность на море в условиях воздействия<br />
катастрофических волн. Волны-убийцы стали предметом внимания для многих международных<br />
организаций, занимающихся проблемами безопасности судов и морских сооружений,
таких как International Association of Classification Societies. Технические нормы и стандарты<br />
безопасности, разрабатываемые этими организациями, носят, как правило, рекомендательный<br />
характер для соответствующих национальных институтов.<br />
C = 0,65<br />
V 1<br />
C = 0, V 1<br />
93<br />
C = 0, V 1<br />
65<br />
CV 2<br />
= 1,0<br />
C<br />
V 2<br />
= 0, 75<br />
C<br />
V 2<br />
= 0, 75<br />
C = 0,6<br />
V 1<br />
C = 0, V 1<br />
35<br />
Рис. 1. Коэффициенты лобового сопротивления для различных форм сечений<br />
Волновая нагрузка создает два основных вида воздействия на МНГС: горизонтальное и<br />
наклонное. Первый вид обуславливает горизонтальное перемещение объекта, а второй его<br />
наклон.<br />
Волновая нагрузка создает два основных вида воздействия на МНГС: горизонтальное и<br />
наклонное. Первый вид обуславливает горизонтальное перемещение объекта, а второй его<br />
наклон.<br />
При определении волнового наклоняющего момента<br />
М<br />
В<br />
относительно линии поверх-<br />
F :<br />
ности воды учитывается горизонтальная составляющая ветровой «силы», т.е.<br />
v<br />
М<br />
В<br />
= hF<br />
⋅ Fv<br />
,<br />
где h - плечо приложения равнодействующей нагрузки<br />
F<br />
F<br />
v<br />
относительно линии поверхности<br />
воды.<br />
Мы предлагаем спроектировать подвижное треугольное основание платформы (см.<br />
рис.1). С помощью космических и информационных технологий на платформу будут поступать<br />
и обрабатываться данные об изменении направления движения волн, а основание платформы<br />
в свою очередь будет автоматически разворачиваться острым углом навстречу волне,<br />
так как имеет наименьшее лобового сопротивления в отличие от других форм.<br />
Литература<br />
1. Internet.<br />
2. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения Ч.1 Конструирование. - М.: ООО «Недра-<br />
Бизнесцентр», 2006. - 555 с.<br />
33
34<br />
ОБЛЕДЕНЕНИЕ МОРСКИХ СУДОВ<br />
И БЕЗОПАСНОСТЬ МОРЕПЛАВАНИЯ<br />
Приходько Валерия Викторовна<br />
Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева),<br />
г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н, профессор Павлов Н.И.<br />
Fedlana@yandex.ru<br />
Ещё памятна гибель от обледенения четырёх траулеров: «Бокситогорск», «Севск», «Себеж»<br />
и «Нахичевань». Это трагическое событие произошло 19 января 1965 г. в Беринговом<br />
море. В те дни на Дальнем Востоке погибло также шесть японских траулеров.<br />
Гибель судов от обледенения – явление довольно частое. Так, в январе 1955 г. около<br />
Исландии потонули два больших английских паровых траулера «Лорелла» и «Роберенго». В<br />
феврале 1959 г. в районе Ньюфаундленда погибли исландский траулер «Джули» и канадский<br />
траулер «Блю Увев». Только за четыре года, с осени 1957 г. до весны 1961 г., от обледенения<br />
погибли 44 японских судна.<br />
Известны случаи, когда суда, обледенев, тонули прямо у причалов, несмотря на то, что<br />
лёд скалывали.<br />
От обледенения, правда в меньшей степени, страдают не только небольшие, но и крупные<br />
транспортные суда и ледоколы. Так, известен случай, когда в Охотском море на ледоколе<br />
«Адмирал Макаров» толщина льда, образовавшегося на палубе, достигла 1 м, а леерное<br />
ограждение обледенело настолько, что превратилось в закрытый фальшборт. На отдельных<br />
судах толщина льда на растяжках достигла 60-70 см и более. Особенно опасно обледенение<br />
для малотоннажных промысловых судов, водоизмещением 500 т и менее, в том числе для<br />
рыболовецких судов (СРТ, сейнеров).<br />
В зависимости от гидрометеорологических условий различают два типа обледенения –<br />
брызговое и пресноводное. Самым опасным является брызговое обледенение. Осенью, зимой<br />
и весной на многих морях (Баренцево, Северное, Норвежское, Берингово, Охотское, арктические<br />
и антарктические моря и некоторые внутренние моря) в связи с циклонической деятельностью<br />
создаются условия, когда при резком понижении температуры воздуха скорость<br />
ветра достигает штормовой (иногда до 30-50 м/сек.). Усиление ветра сопровождается сильным<br />
волнением моря, на судно попадает масса брызг. При низких отрицательных температурах,<br />
когда конструкции судна переохлаждены, попавшие на них брызги морской воды моментально<br />
замерзают. Сила сцепления замёрзшей воды с конструкциями судна, называемая<br />
адгезией льда, зависит от материала конструкции, на которой замерзают брызги. Для таких<br />
материалов, как сталь и дерево, адгезия достигает 10-16 кг/см2 и характеризует те усилия,<br />
которые нужно затратить, чтобы отколоть лёд.<br />
Эффект намерзания усиливается за счёт того, что, пролетая в холодном воздухе, брызги<br />
переохлаждаются и попадают на судно охлаждёнными ниже температуры замерзания морской<br />
воды (ниже -1,7°). При температуре воздуха выше -2, -3° брызгового обледенения практически<br />
не происходит. Если температура морской воды 0°, обледенение несколько замедляется.<br />
Число забрызгиваний может достигать 10-12 в минуту. При таких условиях даже на небольшое<br />
судно может осесть в течение нескольких часов 20-30, даже 50 и более тонн льда.<br />
При этом судно теряет управляемость и ходовые качества, у него обледеневают спасательные<br />
средства и средства радиосвязи. В какой-то момент, наступление которого может ускорить<br />
неправильная загрузка судна (особенно опасно несимметричное расположение палубного<br />
груза) и неудачный манёвр, судно теряет устойчивость и переворачивается. Брызговое<br />
обледенение становится ещё более опасным, если оно сопровождается выпадением осадков,<br />
находящихся при низких температурах в переохлаждённом состоянии.<br />
Второй тип обледенения – пресноводное обледенение – менее опасен. Такое обледенение<br />
обычно идёт не очень интенсивно. Оно имеет вид гололёда и начинается при температу-
рах воздуха 0° и ниже. Пресноводное обледенение связано с тем, что в воздухе находятся переохлаждённые<br />
капли тумана, образующиеся, как правило, в тихую погоду в результате парения<br />
при отрицательных, но и не очень низких температурах воздуха.<br />
При одних и тех же гидрометеорологических условиях различные суда обледеневают<br />
по-разному. Очевидно, что забрызгиваемость судна тем больше, чем меньше его геометрические<br />
размеры. По этой причине малые суда больше подвергаются обледенению. Кроме того,<br />
сам манёвр судна влияет на характер создаваемого им брызгового облака, а наличие выступающих<br />
конструкций (надстройки, мачты, антенны, такелаж и др.) влияет на количество<br />
примёрзших брызг. Так, максимальное обледенение наблюдается, если курсовой угол (угол<br />
между направлением ветра и направлением движения судна) лежит в пределах ±30-35°. При<br />
движении судна против ветра обледенение больше, нежели при движении по ветру или при<br />
дрейфе.<br />
Таким образом, интенсивность обледенения судна данного типа зависит в первую очередь<br />
от гидрометеорологических условий, а затем уже от его мореходных качеств (с учётом<br />
обледенения и загрузки) и от совершаемого манёвра. В очень сильной степени судьба судна<br />
зависит от мер, принимаемых экипажем для борьбы с только что начавшимся обледенением.<br />
Обледенение судов известно давно, и тем не менее до последнего времени не было эффективных<br />
средств борьбы с этим опасным явлением. Самый естественный способ предотвращения<br />
обледенения – зимой в штормовую погоду не выпускать суда в море. Однако такой<br />
примитивный способ практически надолго вывел бы из строя промысловый флот и принёс<br />
бы большие материальные убытки. В последнее время малотоннажный промысловый флот,<br />
базирующийся вокруг крупных рыбопромысловых судов-заводов, выходит на промысел далеко<br />
в море. Поэтому вероятность того, что суда попадут в условия обледенения, резко возрастает,<br />
тем более что рыболовный промысел начинает охватывать все океаны, включая полярные<br />
области южного полушария.<br />
Более действенным способом борьбы с обледенением является немедленная околка<br />
льда и скорейший уход из зоны обледенения либо на береговые базы, либо к кромке льдов,<br />
где волнение и брызги меньше. Но этот способ трудно осуществим, если судно находится<br />
далеко от берега. Поэтому ясно, как возрастает роль правильной, научно обоснованной эксплуатации<br />
малотоннажного флота в условиях обледенения, роль своевременного обеспечения<br />
судов необходимой информацией – штормовыми предупреждениями и прогнозами.<br />
Очевидны также новые задачи, которые стоят перед наукой и судостроением: создать<br />
суда, защищённые от обледенения при помощи различных антиобледенительных покрытий,<br />
а также совершенствовать конструкцию судов так, чтобы они как можно меньше подвергались<br />
забрызгиванию.<br />
Литература<br />
1. Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох. - М.: Прогресс. 1988. - 263с.<br />
2. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия.1978. - С.254-256.<br />
35
СИТУАЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ<br />
ПРИ ПЛАВАНИИ ПО РЕКАМ<br />
Прохоренков Андрей Александрович<br />
Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />
г. Санкт-Петербург<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />
Анализ современной литературы [ ] 1, 2, 3 показывает, что безопасность плавания судов<br />
в речных условиях остается актуальной проблемой, несмотря на меры, предпринимаемые<br />
для ее совершенствования, среди которых можно отметить следующие:<br />
усиление государственного надзора за соблюдением существующих нормативных документов<br />
по безопасности плавания;<br />
проведение регулярных проверок знаний плавсостава;<br />
построение и усовершенствование систем мониторинга движения судов;<br />
осуществление комплексной тренажерной подготовки судоводителей.<br />
Практика свидетельствует о том, что большая часть аварийности вызывается навигационными<br />
причинами и деятельностью лиц, управляющих судами [3].<br />
Для получения объективного представления о состоянии безопасности плавания возникает<br />
необходимость оценки деятельности судоводителя как одного из элементов системы<br />
безопасности судовождения.<br />
Основной особенностью плавания по реке является то, что шансы на успех или избежание<br />
опасности, должны расцениваться с учетом возможности судоводителя контролировать развитие<br />
ситуации, корректировать свое поведение в ней, предотвращать отрицательные последствия<br />
сделанного выбора и т. п. Это является существенным при оценке безопасности, поскольку при<br />
наличии таких возможностей повышается уверенность действий судоводителя в опасной ситуации,<br />
что способствует выбору более рискованного варианта поведения в ней [4].<br />
При плавании по рекам деятельность судоводителя основывается не на применении<br />
инструментальных методов проводки судна, известных из навигации, а на использовании<br />
лоцманского метода, т.е. за счет мастерства судоводителя. Определяющая роль человеческого<br />
фактора, а также, ограниченность систематизированных результатов исследования судов в<br />
речных условиях создают сложность при производстве оценки безопасности плавания.<br />
Перспективным направлением оценки безопасности плавания, является применение<br />
байесовских сетевых моделей [5]. Для использования метода сетевого анализа при оценке<br />
безопасности плавания судов в речных условиях необходимо описать топологию и семантику<br />
байесовской сети, описывающей процесс управления судном.<br />
Байесовская сеть (б.с.) процесса управления судном в стесненных обстоятельствах<br />
включает влияние навигационно-гидрографических условий плавания, гидрометеорологических<br />
условий плавания, факторов, связанных с техническим состоянием судна и собственно<br />
судоводителя.<br />
Б.с. процесса управления судном при плавании по реке представляет собой ориентированный<br />
граф (рис.1), вершинами которого, является множество случайных переменных. С<br />
течением времени значение каждой переменной может изменяться или оставаться постоянным,<br />
в связи с этим сама переменная может оказывать различное влияние на протекание<br />
процесса, описываемого сетью, либо быть минимальным. Появлению конкретных значений<br />
переменных соответствуют некоторые вероятности.<br />
В реальных обстоятельствах может понадобиться учет большого количества переменных,<br />
что вызывает необходимость определения большого количества вероятностей. В связи с<br />
этим возникает проблема получения исходных данных. Однако анализ влияния переменных<br />
друг на друга позволяет выделить группы независимых переменных, как это показано в [6],<br />
что позволяет существенным образом снизить объем необходимой информации.<br />
36
X 11<br />
X 10<br />
X 7<br />
X 6<br />
X 5<br />
X 3<br />
X 12<br />
X 9<br />
X 8<br />
X 2<br />
X 13<br />
X 4<br />
X 15<br />
X 14<br />
X 20<br />
X 19<br />
X 1<br />
X 16<br />
X 17<br />
X 21<br />
X 18<br />
X 22<br />
Рис.1. Байесовская сеть процесса деятельности штурмана при управлении судном на реке<br />
Семантику байесовских сетей можно таким образом определить двумя способами: сеть<br />
следует считать одним из представлений совместного распределения вероятностей; сеть<br />
должна рассматриваться как совокупность утверждений об условной независимости.<br />
Отличительной особенностью данной сетевой модели является учет таких факторов как<br />
знание и понимание судоводителя способов управления судном в зависимости от условий<br />
плавания, а также собственного психофизического состояния (события X15, X17,<br />
X<br />
20<br />
).<br />
X 1 - событие, связанное с тем, что возникновение сложной ситуации вызовет недостаточное<br />
обеспечение участка навигационным оборудованием.<br />
X 2 - событие, связанное с тем, что причиной неблагоприятной ситуации станет конфигурация<br />
участка водного пути.<br />
X 3 - событие, связанное с тем, что к аварийной ситуации приведет отсутствие путевой информации.<br />
X 4 - событие, связанное с тем, что аварию спровоцируют навигационно-гидрографические<br />
условия района плавания.<br />
X 5 - событие, связанное с тем, что аварию вызовет не учет фактического уровня воды.<br />
X 6 - событие, связанное с плохой видимостью в районе плавания.<br />
X 7 - событие, связанное с тем, что причиной аварийной ситуации станет ветровое воздействие.<br />
X 8 - событие, связанное с тем, что причиной аварийной ситуации станут гидрометеорологические<br />
условия в районе плавания.<br />
X 9 - событие, связанное с тем, что аварийная ситуация вызвана не учетом загрузки судна и<br />
ее влияния на безопасность плавания.<br />
X 10 - событие, связанное с тем, что аварийная ситуация может произойти из-за неправильного<br />
или недостаточного учета особенностей движительно-рулевого комплекса судна.<br />
X 11 - событие, связанное с возможностью попадания судна в обстоятельства, при которых<br />
его проектная маневренность не позволит осуществить запланированный маневр.<br />
37
X 12 - событие связанное с возникновениями технических отказов систем управления и движения<br />
судна.<br />
X 13 - событие связанное с возникновением аварийной ситуации благодаря факторам, зависящим<br />
от судна.<br />
X 14 - событие связанное с возникновением сложной ситуации из-за влияния факторов не зависящих<br />
от судоводителя.<br />
X 15 - событие, учитывающее способность судоводителя оценивать условия плавания.<br />
X 16 - событие, оценивающее правильность оценки внешних условий судоводителем.<br />
X 17 - событие характеризующие правильность понимания судоводителем особенностей<br />
применения способов действия.<br />
X 18 - событие, определяющее то, насколько точно выбран судоводителем способ действия.<br />
X 19 - событие, состоящее в неудовлетворительном психофизическом состоянии судоводителя.<br />
X 20 - событие, заключающееся в качестве контроля судоводителем исполняемых действий.<br />
X 21 - событие, характеризующее правильность действий судоводителя.<br />
X 22 - событие, характеризующие результат деятельности судоводителя (положительный или<br />
отрицательный).<br />
Расчеты, выполненные с соответствие с представленной выше сетевой моделью процесса<br />
управления судном в речных условия плавания приведены в таблице 1.<br />
P<br />
i<br />
0,9 0,95 0,97<br />
P<br />
14<br />
0,8892 0,9474 0,9691<br />
P 0,8990 0,94988 0,96997<br />
22<br />
Таблица 1<br />
По результатам расчетов можно сделать следующие выводы:<br />
- поскольку вероятности возникновения опасных навигационных ситуаций несущественно<br />
отличаются от свершения обуславливающих их частных событий, то предложенная<br />
байесовская модель адекватно отражает существующее состояние безопасности плавания<br />
судов. И в самом деле, даже на затруднительных для судоходства участках происходит минимальное<br />
количество навигационных происшествий.<br />
- модель нуждается в доработке для повышения достоверности оценки личностного<br />
вклада судоводителя в процесс обеспечения безопасности плавания. Вклад судоводителя<br />
состоит в многократном непрерывном анализе навигационной информации для подготовки<br />
одного решения.<br />
- для повышения надежности результатов моделирования необходимо развивать методы<br />
оценки точности глазомерной проводки судна как при плавании в условиях хорошей видимости,<br />
так и при проводке судна по РЛС.<br />
Литература<br />
1. Давыденко А. Повышение безопасности судоходства в восточной части Финского залива и на реке<br />
Нева. // Морской флот №5, 2006. С.4-7.<br />
2. Костылев И. Состояние и перспективы развития тренажерной подготовки специалистов морского<br />
транспорта // Морской флот. - 2006. - №6.<br />
3. Безопасность судоходства: проблемы и пути их решения // Морской флот. - 2008. - №4. - С. 26-31.<br />
4. Котик М.А. Риск в трудовой деятельности // Психологические основы профессиональной деятельности:<br />
хрестоматия / Сост. В.А. Бодров. - М.: ПЕР СЭ; Логос, 2007. - C.277-282.<br />
5. Некрасов С.Н. Ситуационный метод анализа оценки навигационной безопасности плавания. - СПб.<br />
Навигация и гидрография, 2008. - № 5.<br />
6. Рассел С., Норвик П. Искусственный интеллект, СПБ, 2006.<br />
38
АНАЛИЗ РАБОТЫ СУДС В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО<br />
ЗА 2005-2009 г.г.<br />
Сандул Дмитрий Александрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: доцент Пузачёв А.Н.<br />
Принято считать, что по состоянию аварийности на акватории порта можно судить об<br />
уровне безопасности мореплавания. Рассмотрим аварийность на акватории залива Петра Великого<br />
с 2005 г. по 2009 г. включительно, то есть за 5 лет.<br />
В таблице 1 представлена сводка о нарушениях правил плавания в районе действия<br />
СУДС. Из таблицы видно, что количество судов, нарушивших «Правила плавания», увеличилось<br />
(24 против 7 в 2007 году) за счет регистрации нарушений не только в порту Владивосток<br />
(3-й сектор), но и в секторах 1, 4 и 5, а также регистрации таких нарушений, как неправильное<br />
заполнение судном карточки АИС, следование вне зон разделения без связи и согласованного<br />
маршрута перехода с СУДС в секторе 1.<br />
Таблица 1<br />
Сводка о нарушениях правил плавания в районе действия СУДС за 2005-2009 г.г.<br />
Годы<br />
2005 2006 2007 2008 2009<br />
Виды нарушений<br />
Нарушения правил радиосвязи 5 - 3 17 2 *<br />
Движение без разрешения Центра<br />
СУДС<br />
3 - 1 5 -<br />
Невыполнение указаний Центра<br />
СУДС<br />
1 - 1 14 2 *<br />
Нарушения режима движения 1 3 4 11 1 *<br />
Чрезмерное сближение, опасное<br />
маневрирование<br />
- - 2 2 -<br />
Другие виды нарушений - - 3 5 3 *<br />
Всего нарушений 10 7 14 54 8 *<br />
Число судов нарушивших ПП 6 3 7 24<br />
Примечания:<br />
1. Данные, в графе отмеченные (*) являются неполными т.к. приведены к июню 2009 г.<br />
2. С 2008 г. начат учет нарушений правил плавания в прибрежном секторе Региональной СУДС.<br />
По всем случаям нарушения «Правил Плавания» сделаны соответствующие представления<br />
капитанам портов и/или пограничным властям. Внедрение унифицированных бланков<br />
извещений о нарушениях, постоянное взаимодействие СУДС и ИГПК принесло положительные<br />
результаты: количество нарушений «Правил плавания» в 3 и 4 кварталах 2008 года резко<br />
сократилось. Продолжается совершенствование взаимодействия с ИГПК в части контроля<br />
над судоходством в открытой части залива Петра Великого и регистрации нарушений «Правил<br />
плавания в портах залива Петра Великого и на подходах к ним».<br />
В таблице 2 в свою очередь представлена сводка о чрезвычайных ситуациях, произошедших<br />
с судами в районе действия СУДС из таблицы видно, что по состоянию на 2008 год<br />
зафиксировано 15 (в 2007г. -12) чрезвычайных ситуаций, в том числе:<br />
39
Сводка о чрезвычайных ситуациях с судами в районе действия СУДС<br />
за 2005-2009 г.г.<br />
Годы<br />
2005 2006 2007 2008 2009<br />
Виды ЧС<br />
Столкновения 1 - - - -<br />
Посадки на мель,<br />
касания грунта<br />
3 2 4 - 3 *<br />
Навалы, повреждения береговых<br />
сооружений<br />
1 3 - 2 -<br />
Аварии энергоустановок, пожары,<br />
взрывы<br />
3 1 4 6 4 *<br />
Разлив нефтепродуктов и другие<br />
загрязнения<br />
1 1 - 2 -<br />
Другие виды 4 7 4 5 4 *<br />
Всего 13 14 12 15 11 *<br />
Примечания:<br />
1. Данные в графе отмеченные (*) являются неполными т.к. приведены к августу 2009 г.<br />
Таблица 2<br />
1. Два навала:<br />
- навал м/б «Диомид» на с/с «Ирбис», стоящий на якоре кормой к причалам ДВ БАСУ;<br />
- навал парома «Приморец» на плавучий док при подходе к пассажирскому причалу п.<br />
Славянка в результате обесточивания судна.<br />
2. Четыре отказа главных двигателей при следовании судов в зоне действия СУДС и,<br />
как следствие, - аварийные постановки на якорь.<br />
3. Два пожара на судах при стоянке в порту Владивосток.<br />
4. Один случай полного затопления рыболовного судна «Немиров» у причала №42 и<br />
один случай поступления воды в МКО («Капитан Комратов») – судно осталось на плаву.<br />
5. Два случая разлива нефтепродуктов.<br />
В 2009 году (статистика представлена до августа 2009 года включительно) произошло<br />
11 аварийных случаев, в том числе:<br />
1. Два затопления:<br />
Рыбацкие суда «Полесье» и «Снарский» стояли у причала в бухте Диомид и затонули 6<br />
марта, около полудня. Суда были брошены и оставлены без контроля. Оба судна принадлежат<br />
ООО «Моряк-рыболов», порт приписки Находка.<br />
2. Четыре отказа главных двигателей при следовании судов в зоне действия СУДС и<br />
как следствие – аварийные постановки на якорь и заходы в ближайшие порты. В одном случае<br />
произошла гибель члена экипажа, на судне под названием «Almira G» находящееся под<br />
флагом Грузии следовавшее из Ю. Кореи в п. Славянка произошло возгорание электропроводки,<br />
по распоряжению МСКЦ направили находящиеся поблизости суда для оказания помощи.<br />
Оказывали содействие в установлении связи и координации действий. 6 февраля в<br />
05.27 танкер «Лукоморье» снял с аварийного судна 9 человек. Капитан погиб.<br />
3. Одно касание подводного препятствия и грунта:<br />
29.03.09 в 15.58 после отхода от причала Артур б.Улисс в направлении м.Поспелова и<br />
прохода траверза входных буев паром «Приморец» сообщил о касании подводного препятствия.<br />
В следствие чего выход из б.Улисс вне створов. Уточнили координаты, поставили в известность<br />
ИГПК. Направлено Извещение капитану порта Владивосток № 1/03.09.<br />
07.04.09 в 20.15 паромом «Залив Восток» произошло касание грунта, с помощью буксира<br />
"Капитан Царьков" судно развернуто носом на выход. Паром продолжил движение. Повреждений<br />
корпуса в ВРК нет.<br />
40
Из таблиц видно, что аварийные случаи напрямую зависят от:<br />
• Ошибок судоводительского состава в управлении судном.<br />
• Низкой квалификации членов экипажей судов.<br />
• Не обеспечение безопасных условий труда со стороны судовладельцев.<br />
• Недостатки в навигационно-гидрографическом обеспечении морских путей.<br />
• Ошибки операторов СУДС и лоцманов.<br />
Так же немаловажную роль играет состояние флота, если разобраться средний возраст<br />
судов на сегодняшний день, в зависимости от назначения и флага находится, в районе 24-30<br />
лет при расчетных сроках службы, назначенных в технических заданиях на проектирование<br />
этих судов, от 25 до 35 лет. Следовательно, пришло время обновлять отечественный флот,<br />
обоснованно продлевая ресурс существующим объектам или создавая новые суда, учитывающие<br />
изменившиеся условия их эксплуатации. В противном случае, создается значительная<br />
реальная угроза жизни людей, состоянию окружающей среды и собственности.<br />
Капитан порта через свою службу в силу своих обязанностей предпринимает различные<br />
профилактические меры с целью уменьшения риска возникновения аварийных случаев.<br />
Свою деятельность он осуществляет посредством многих мероприятий в том числе:<br />
• посредством контроля за соблюдением в морском порту международных договоров<br />
Российской Федерации, относящихся к торговому мореплаванию;<br />
• процедуры контроля судов, в том числе иностранных;<br />
• инспектирование судов, находящихся в морском порту, включая проверку судовых<br />
документов, дипломов членов экипажей судов;<br />
• контроль за соответствием загрузки судна правилам погрузки и перевозки грузов;<br />
• контроль за деятельностью лоцманской службы в порту;<br />
• проверку деятельности систем управления движением судов;<br />
• выдачу дипломов, подтверждений к дипломам, квалификационных и специальных<br />
свидетельств.<br />
В итоге можно сказать, что профилактические меры направленные капитаном порта на<br />
обеспечение безопасности мореплавания должны напрямую и без замедлений быть приняты<br />
во внимание, но в реальной жизни не все так просто как кажется на первый взгляд, могут<br />
случиться ситуации напрямую от нас независящие. Так же большую роль нужно уделить<br />
подготовке командного состава судна, потому что пренебрежение самыми простейшими<br />
правилами может привести к неминуемой опасности, а в некоторых случаях и к гибели судна.<br />
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ<br />
С СУДНА НА БЕРЕГ<br />
Скворцов Антон Викторович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />
fadyushin@msun.ru<br />
В настоящее время поток информации, поступающий на судно и передаваемый с судна<br />
на берег постоянно увеличивается. Основой для передачи судовой информации служит<br />
спутниковая связь. Наибольшее распространение на морских судах получила спутниковая<br />
система связи INMARSAT, которая обеспечивает глобальную связь за исключением приполярных<br />
регионов. Самой ответственной задачей морской спутниковой радиосвязи является<br />
безопасность плавания, достигаемая путем непрерывного приема сигналов тревоги и бедствия<br />
и немедленной их передачи от терпящего бедствие судна на береговую радиостанцию.<br />
Кроме того, судну в автономном плавании необходимо постоянно поддерживать связь с бе-<br />
41
регом для обмена оперативной информацией с судоходной компанией, судовым агентом,<br />
службами безопасности мореплавания, коммерческими службами и т.д.<br />
Для того, чтобы справиться с таким огромным потоком информации, на судне необходимо<br />
иметь персональные компьютеры и специальные программы для обработки и передачи<br />
информации. Персональные компьютеры широко используются для создания локальных информационных<br />
судовых систем. Основой таких систем является судовая локальная компьютерная<br />
сеть, которая позволяет решать комплекс задач по управлению различными компонентами<br />
в сложной структуре морского судна. На базе судовых компьютерных сетей в конце<br />
90-х годов стали создаваться корпоративные компьютерные системы.<br />
Корпоративная компьютерная система это комплекс программного обеспечения, компьютерного<br />
оборудования и компьютерных сетей, предназначенный для автоматизации учрежденческой<br />
и хозяйственной деятельности конкретного предприятия или объединения,<br />
включая судоходные компании и морские суда. В свою очередь корпоративные информационные<br />
системы служат базой современных интегрированных информационных систем ходового<br />
мостика судна. К числу корпоративных компьютерных систем можно отнести такие<br />
системы как: DANAOS, SAMOS, TRIM и другие. Корпоративные компьютерные системы<br />
имеют большое значение не только для эффективного решения производственных задач отдельно<br />
взятой корпорации (судоходной компании), но также являются мощным средством в<br />
деле обеспечения безопасности мореплавания.<br />
Использование спутниковой связи, компьютеров и корпоративных систем обеспечивают<br />
необходимую скорость и эффективность передачи и приёма информации с судна на берег.<br />
Однако при этом возникает проблема, связанная с высокой стоимостью передачи информации<br />
с помощью перечисленных средств. Поэтому вопрос о совершенствовании способов<br />
передачи информации с судна на берег в настоящее время имеет актуальное значение [1].<br />
Специальные исследования по этому вопросу показали, что пути совершенствования<br />
способов передачи информации с судна на берег могут заключаться в следующем:<br />
1. Использование специальных форм для передачи судовой документации (судовой роли<br />
и т. д.) на основе табличного процессора Excel. Сущность этого способа заключается в<br />
том, чтобы, например, после передачи судовой роли, составленной в Excel, в полном виде,<br />
затем передавать только изменения, указывая название ячейки и ту информацию, которая<br />
должна в ней находиться. В данном примере начальная судовая роль будет являться формой,<br />
в которую будут вноситься корректурные изменения, передаваемые по каналам связи.<br />
2. При передаче информации агенту или в порт прихода, сначала передавать её через<br />
спутниковый Интернет в виде форм в судоходную компанию с указанием адреса получателя,<br />
а судоходная компания должна передавать уже полностью отредактированный файл адресату,<br />
используя обычный Интернет.<br />
3. Анализ архиваторов для сжатия передаваемой информации показывает, что наибольший<br />
эффект дают архиваторы, в которых используются подстановочные или словарноориентированные<br />
алгоритмы сжатия информации, такие как LZ (Лемпеля-Зива). Поэтому<br />
целесообразно при сжатии информации использовать подобные архиваторы.<br />
4. Эффективным способом для сжатия информации может быть составление специальных<br />
программ-архиваторов, в которых основой является словарно-ориентированный метод.<br />
Эффект сжатия с помощью таких архиваторов небольших файлов с судовой информацией<br />
лучше, чем в других архиваторах.<br />
5. Для создания текстовых файлов рекомендуется использовать простые текстовые редакторы,<br />
например, Блокнот Microsoft Office, т. к. такие файлы имеет меньший размер.<br />
Предлагаемы пути совершенствования передачи информации с судна на берег уменьшают<br />
объём передаваемой информации и дают положительный экономический эффект.<br />
Литература:<br />
1. Фадюшин С. Г. Компьютерные технологии в судовождении: Учеб. пособие. Ч. 1, 2/ − Владивосток: Мор. гос. ун-т,<br />
2005. − 79 с.<br />
42
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ<br />
ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ В РАЙОНЕ ПОРТА ДУАЛА<br />
РЕСПУБЛИКИ КАМЕРУН<br />
Тедонзонг Тадо Эрик<br />
Республика Камерун, аспирант каф. СМФ СПГУВК<br />
Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />
г. Санкт-Петербург<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />
ericktadoh@yahoo.com<br />
В настоящей статье рассматривается перспективы внедрения автоматизированных<br />
идентификационных систем в районе порта Дуала Республики Камерун с цель повышения<br />
безопасности судоходства.<br />
This article are presents the prospects of the application of new means to increase the safety<br />
of navigation - Automatic Identification Systems (AIS) in the port of Douala Cameroon with goal to<br />
increase safety of navigation.<br />
Настоящее время в системе судоходства Республика Камерун сложилась достаточно<br />
сложная обстановка с точки зрения обеспечения навигационной безопасности плавания. Одним<br />
из направлений существенного повышение уровня навигационной безопасности судовождения<br />
и снижение риска навигационных происшествий является комплексирование современных<br />
систем освещения навигационной обстановки к которым относятся современные<br />
радиолокационные станции (РЛС) и автоматические идентификационные системы (АИС).<br />
Современные автоматизированные средства предупреждения столкновений дают возможность<br />
судоводителю осуществлять навигацию и поддерживать достаточно высокий уровень<br />
безопасности плавания практически при любых гидрометеорологических условиях. Эти<br />
системы строятся по достаточно новому для судоводителя принципу «РЛС – компьютер –<br />
человек» и выступают лишь как источник информации, оценка же ситуации и принятие решения<br />
по-прежнему остаются за судоводителем. Поэтому эффективность использования таких<br />
систем определяется не только степенью освоения самого прибора и его органов управления,<br />
но и, прежде всего, квалификацией судоводителя, умением использовать информацию,<br />
выработанную системой, полагаясь на правила плавания и хорошую морскую практику.<br />
Современные системы автоматизированной обработки радиолокационной информации<br />
способны обнаружить маневр сопровождаемой цели за несколько оборотов антенны судовой<br />
РЛС и выдать полную информацию о ситуации сближения и параметрах движения судна цели<br />
оператору системы через промежуток времени около 30 секунд. Высокая скорость и надежность<br />
обработки радиолокационной информации позволяет судоводителю в кратчайшее<br />
время выполнить оценку ситуации, выбрать маневр расхождения и осуществлять контроль<br />
выполняемого маневра.<br />
РЛС осуществляет постоянное за навигационной обстановкой и способна обнаруживать<br />
движущиеся цели в пределах прямой радиолокационной видимости на фоне подстилающей<br />
поверхности. РЛС обеспечивает разрешение целей, разнесенных по дальности или<br />
скорости, а также определяет дальность до цели, направление движения цели и радиальную<br />
составляющую скорости цели.<br />
Следует отметить, что РЛС как сложная техническая система характеризуется такими<br />
свойствами:<br />
-надёжностью,<br />
-помехозащищенностью,<br />
-наличие зон радиотехнические тени,<br />
-качество подготовки оператора.<br />
Надежность РЛС - это способность сохранять свои тактико-технических характеристик<br />
в установленных пределах в заданных условиях эксплуатации. Количественно надежность<br />
43
характеризуется вероятностью безотказной работы в течение заданного времени, средним<br />
временем исправной работы станции (наработка на отказ), временем восстановления и другими<br />
характеристиками.<br />
Помехозащищенность РЛС - это способность РЛС сохранять основные тактические характеристики<br />
при воздействии помех. Для повышения помехозащищенности широко используют:<br />
работу РЛС в широком диапазоне частот и быструю перестройку частоты, многоканальное<br />
построение РЛС; высокий энергетический потенциал РЛС, чтобы можно было<br />
«перекричать» помеху; снижение уровня боковых лепестков Д.Н.; смену частот повторения<br />
импульсов; управление поляризацией излучаемого сигнала; расширение динамического диапазона<br />
приеме индикаторного тракта; специальные методы обработки принятого сигнала,<br />
различные устройства и схемы защиты в тракте приема и обработки сигналов. В некоторых<br />
случаях на качество распространения зондирующих сигналов РЛС существенное влияние<br />
оказывает гидрометеорологическая обстановка: ливневые осадки, песчаные бури и другие<br />
местные явления.<br />
Наземные объекты формы рельефа; поверхности отдельные острова могут в некоторых<br />
случаях влиять на появления радиотехнической тени. Если суда находятся в зоне радиотехнической<br />
тени, то они не наблюдаются на экранах РЛС, что снижается полноту освещения<br />
надводной обстановки. Это явления следует учитывать при оценке эффективности РЛС.<br />
При оценке эффективности систем освещение обстановки необходимо учитывать качество<br />
работы оператора РЛС.<br />
Оператор для успешного выполнения возложенных на него обязанностей должен обладать<br />
совокупностью умений и навыков, приобретаемых в процессе обучения и последующей<br />
профессиональной деятельности.<br />
Проблема ускоренного формирования необходимого уровня профессионального мастерства<br />
выдвигается на первый план при обучении управлению сложными системами. В деятельности<br />
операторов, управляющих сложными системами, именно практика играет важнейшую<br />
роль. С возрастанием сложности новых систем сокращаются, сроки их морального<br />
старения и соответственно уменьшается время, отводимое на их освоение. Для формирования<br />
у человека-оператора профессиональных навыков и умений, необходимых ему для<br />
управления системой «человек – машина», предназначены тренажеры. Тренажер представляет<br />
собой модель управляемой системы, с помощью которой воспроизводится процесс ее<br />
функционирования, взаимодействия с внешней средой и предметом труда. В результате оказывается,<br />
что навыки, выработанные при обучении на таком тренажере, неадекватны навыкам,<br />
необходимым для работы на реальном оборудовании. Способность оператора правильно<br />
эксплуатировать РЛС можно характеризовать вероятностью недопущения ошибок.<br />
В начале 90-х прошлого века появились новые автоматизированные и автоматические<br />
системы, позволяющие повысить уровень безопасности судоходства. К таким системам, безусловно,<br />
можно отнести автоматизированные идентификационные системы (АИС). АИС базируется<br />
на использовании транспондеров – устройств, которые в автоматическом режиме<br />
позволяют выдавать по радиоканалу информацию о судне (местоположение, идентификационный<br />
номер, габариты судна, тип груза и т.д.). Идея создания этих систем заимствована из<br />
авиации. Изначально транспондеры позволяли только опознавать судно при подходе к зоне<br />
обслуживания. Со временем, кроме опознавания, в транспондеру информацию была включена<br />
и информация о местоположении судна. В 1992 году Международная Ассоциация Маячных<br />
Служб разработала рекомендацию М.825 по применению транспондеров в системах<br />
УДС, выделив для передачи информации 70-й УКВ канал морской подвижной службы. Используя<br />
протокол ЦИВ ГМССБ, судовой транспондер передавал идентификационную информацию<br />
и данные о местоположении судна.<br />
Система автоматической идентификации (АИС) достаточно эффективны при плавании<br />
по районе судоходства Республике Камеруна и обладают широким спектром дополнительных<br />
функций, таких, как статическая информация, динамическая информация, информация<br />
связанная с выполняемым рейсом. На судах “река-море” будет логичным установка систем<br />
44
автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП) и Система автоматической идентификации<br />
(АИС). Система эта предназначена для обмена навигационными данными между<br />
судами при решении задач предупреждения столкновений, для передачи данных о судне и<br />
его грузе в береговые службы, для передачи с судна навигационных данных в береговые системы<br />
регулирования движения судов (СРДС) и более точной и надежной его проводки в зоне<br />
действия системы. В настоящее время международными стандартами предусматривается<br />
применение двух типов судовых АИС: Класса А и Класса Б. Однако в МАМС рассматривается<br />
вопрос о разработке и применении других категорий АИС, в том числе АИС, работающих<br />
только на прием.<br />
Оборудование Класса А должно 100% соответствовать требованиям Резолюции ИМО<br />
MSC.74(69), Рекомендации МСЭ-Р М.1371-1, стандарта МЭК 61993-2 .Оборудование АИС<br />
Класса Б предназначено для установки на не конвенционных судах, может не соответствовать<br />
в полной мере требованиям Резолюции ИМО MSC.74(69) и имеет значительные отличия<br />
от АИС Класса А на уровне интерфейса при сопряжении с датчиками информации.<br />
Современные АИС обладают следующими специфическими особенностями, влияющими<br />
на обеспечении навигационной безопасности плавания.<br />
Благодаря взаимному обмену координатами судов, определенными с высокой точностью<br />
(с помощью ДГНСС - 5-10 метров), а также информацией о текущем курсе повышается<br />
точность определения параметров расхождения и, следовательно, эффективность расхождения<br />
судов в море.<br />
Принцип обмена информацией между судами по радиолинии передачи данных через<br />
транспондеры исключает возможность перебросав маркеров сопровождаемых судов-целей<br />
при их сближении, что имеет место при работе САРП. В результате обеспечивается устойчивое<br />
и надежное автосопровождение судов, расходящиеся на узких фарватерах или проходящих<br />
вблизи плавающих навигационных знаков.<br />
Благодаря взаимному обмену данными о гирокомпасом курсе практически в реальном<br />
времени, обеспечивается информация о направлении диаметральной плоскости судов-целей<br />
и их ракурсе, что способствует принятию правильного решения при расхождении. Маневр<br />
судна-цели легко обнаруживается как по изменению значения гирокомпас курса, так и путем<br />
передачи значения скорости поворота, что позволяет устранить большие трудности, ранее<br />
возникавшие при использовании САРП.<br />
На работу АИС не влияют осадки и волнение моря, как это имеет место сейчас при использовании<br />
РЛС. Это обеспечивает возможность наблюдения за малым судном-целью в условиях<br />
сильного волнения моря.<br />
Предупреждению столкновений судов будет способствовать также взаимный обмен<br />
между участниками движения информацией о типе судна, его осадке, размерах и навигационных<br />
параметрах, а также о планируемых маневрах.<br />
При включении АИС структуру систем управления движением (СУДС) появляются<br />
новые свойства, к которым можно отнести следующее.<br />
Непрерывное автоматическое опознавание контролируемого судна, что исключает необходимость<br />
применения малоэффективных дорогостоящих УКВ-радиопеленгаторов.<br />
Высокая точность определения положения контролируемого судна при его движении<br />
по узкому каналу, которая достигается сопровождением сигналов АИС данными о местоположениях<br />
судна, полученным и от дифференциальной подсистемы ГНСС.<br />
Возможность обнаружения маневра судна в реальном времени за счет контроля изменениями<br />
текущего (гирокомпасного) курса судна-цели.<br />
Расширение зоны обслуживания СУДС за счет большей дальности действия АИС в<br />
сравнении с радиолокационным обзором.<br />
Контроль за судами (оборудованными транспондерами), находящимися в теневых зонах<br />
БРЛС (изгиб мыса, остров) за счет лучшего распространения радиоволн УКВ-диапазона,<br />
на котором работают транспондеры.<br />
45
Автоматический ввод в базу данных СУДС основных сведений о судне (наименование,<br />
размеры, осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА и др.), которые используются<br />
в локальной вычислительной сети МАП для направления другим пользователями.<br />
Высокая надежность автосопровождения контролируемого судна, в том числе при<br />
близком расхождении судов на канале и подходе судна к причалу порта (исключение возможности<br />
переброса маркеров сопровождения, характерных для радарных систем).<br />
Контроль за судоходством на речных участках плавания без установки дополнительных<br />
РЛС.<br />
Удобство регистрации информации АИС на электронных носителях и дальнейшее воспроизведение<br />
информации на экране.<br />
Возможность прогнозирования пути следования судна.<br />
При входе в зону действия АИС судно автоматически передает навигационные данные<br />
(местоположение, курс, скорость), что позволяет береговым службам уточнить ожидаемое<br />
время прихода (ЕТА) и установить время начала обработки судна в порту.<br />
Благодаря использованию портативной аппаратуры АИС лоцманами может быть обеспечен<br />
автоматический контроль за местоположением и движением лоцманских судов, автоматизированный<br />
обмен информацией с судами о порядке лоцманской проводки, времени и<br />
месте приема лоцмана.<br />
Использование АИС на рыбопромысловых судах позволяет осуществлять контроль за<br />
ними в районе промысла.<br />
С помощью АИС может передаваться навигационная и метеорологическая информация<br />
на суда, плавающие в прибрежных водах.<br />
Использование АИС в плавучих и стационарных средствах навигационного оборудования<br />
(СНО) повысит эффективность применения этих средств.<br />
АИС является качественно сложной системой, эффективность которой будет определяется<br />
эффективностью работы компонент: орбитальной группировки космических аппаратов,<br />
наземных системами обеспечивающих работу спутников навигационных систем, наземными<br />
контроль-корректирующими станциями и т.д. Эффективность работы системы АИС упрощение<br />
будет характеризоваться надёжностью всей периферийной части системы и надёжностью<br />
корабельного индикатора. Подробно АИС описаны в книге (Автоматизация судовождение.<br />
СПБГУВК 2006).<br />
Для анализа сравнительной эффективности РЛС и АИС будет использована конъюнктивная<br />
модель реализации их основных свойств. Тогда вероятность эффективного использования<br />
судовой РЛС можно представить:<br />
Ð ÐËÑ<br />
= Ð × Ð × Ð ×<br />
(1)<br />
1 2 3<br />
Ð4<br />
где Ð1<br />
-вероятность безопасности работы РЛС;<br />
Ð2<br />
-вероятность появления благоприятных с точки зрения помехозащищенности условий<br />
работы РЛС;<br />
Ð3<br />
-вероятность появлений зон радиотехнической тени;<br />
Ð4<br />
-вероятность безошибочных действий оператора РЛС.<br />
При этом вероятность эффективного применения АИС составляет:<br />
Ð<br />
ÀÈÑ<br />
= Ðà1 × Ð<br />
(2)<br />
à2<br />
где Ðà<br />
1-вероятность правильного функционирования пере подсистемы АИС,<br />
Ðà2<br />
-вероятность рабочих корабельных системы АИС.<br />
Приращение эффективности освещения навигационной обстановки при использовании<br />
АИС по сравнению с использованием РЛС можно оценить следующим образом:<br />
ΔÐ<br />
1<br />
= ( ÐÀÈÑ<br />
− ÐÐËÑ<br />
)<br />
Ð<br />
(3)<br />
ÀÈÑ<br />
где ΔÐ- приращение эффективности.<br />
46
Учитывая сложность получения исходящих данных по частным вероятностями, входящим<br />
в (1) и (2) для оценки эффективности каждой системы и увеличения эффективности использования<br />
АИС по сравнению с РЛС применим равно параметрический подход, который<br />
заключается в использовании частных эффективности Ði=0.85,0.9,0.95,0.99,где i =1-4.<br />
Результаты вычислений по оценке эффективности приведены в таблице 1 и на рис. 1.<br />
Приращение эффективности системы РЛС и АИС<br />
Ð<br />
i<br />
0.85 0.9 0.95 0.99<br />
Ордината 1 2 3 4<br />
Ð<br />
ÐËÑ<br />
0.52 0.65 0.81 0.96<br />
Ð<br />
ÀÈÑ<br />
0.72 0.81 0.9 0.98<br />
Δ Ð<br />
0.27 19.7 10 2<br />
Таблица 1<br />
Из приведенного анализа следует, что использование АИС на 20-25% поднимает эффективность<br />
освещения навигационной обстановки.<br />
Диаграмма.1 Приращение эффективности системе РЛС и<br />
АИС<br />
1,2<br />
в<br />
е<br />
р<br />
о<br />
я<br />
т<br />
н<br />
о<br />
с<br />
т<br />
ь<br />
1<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
Ррлс<br />
Раис<br />
∆Раис<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
Кроме указанного выше представляет интерес оценить эффективность комплексного<br />
использования и РЛС и АИС на судне.<br />
Эффективность комплексирования указанных систем оценивается по выражению:<br />
Ð = Ð + Ð − Ð × Ð<br />
(4)<br />
ê<br />
ðëñ<br />
àèñ<br />
А анализ приращения эффективности освещения навигационной системы в этом случае<br />
составит:<br />
ðëñ<br />
àèñ<br />
47
( Ð − Ð )<br />
ΔÐ<br />
Ê ÐËÑ<br />
Ê 1<br />
=<br />
Ð<br />
(5)<br />
Ê<br />
( Р − Р )<br />
ΔР<br />
К АИС<br />
К 2<br />
=<br />
Р<br />
(6)<br />
К<br />
где ÐÊ<br />
-вероятность освещения навигационной обстановки комплексной системы.<br />
Результаты оценки эффективности комплексного применения РЛС и АИС по выражениям<br />
(4,5,6) приведены в таблице 2 и на рис. 2.<br />
Комплексирование приращение эффективности системы РЛС и АИС<br />
Из приведенного анализа можно заключение:<br />
1. Широкое внедрение АИС на судах Республики Камерун повышает эффективность<br />
освещения навигационной обстановки по сравнению с РЛС на 15-20%.<br />
2. Комплексное применение систем АИС и РЛС приводит к увеличению эффективности<br />
освещения навигационной обстановки на 25-30% по отношению к РЛС и на 10-15% по отношению<br />
к АИС.<br />
Несомненно, внедрение и эффективное использование автоматических идентификационных<br />
систем (АИС) и средства автоматизированной обработки радиолокационной инфор-<br />
Ð<br />
i<br />
0.85 0.9 0.95 0.99<br />
Ордината 1 2 3 4<br />
Ð<br />
Ê<br />
0.86 0.93 0.98 0.99<br />
Δ Ð Ê 1<br />
,% 39 30 17.3 3<br />
Δ Ð Ê 2<br />
,% 16 12.9 8.2 1<br />
Таблица 2<br />
Диаграмма.2 Приращение эффективности систем РЛС и<br />
АИС при их компрексировании<br />
1,2<br />
1<br />
0,8<br />
0,6<br />
Рк<br />
∆РК1(аис)<br />
∆Рк2(рлс)<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
48
мации (САРП) при плавании по району порта Дуала Республики Камерун, позволит снизить<br />
аварийность и повысить уровень безопасности судоходства.<br />
Литература<br />
1. Некрасов С.Н. Ситуационный анализ навигационной безопасности плавания. - СПБ. СПБГУВК, 2008. -<br />
С. 45-49.<br />
2. Каретников В.В., Ракитин В.А., Сикаров А.А., Автоматизация судовождение. – СПБГУВК, 2006. - С. 38-<br />
48.<br />
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МАНЕВРИРОВАНИЯ СУДНА С УЧЕТОМ<br />
ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ<br />
Хоменко Дмитрий Борисович, Акмайкин Денис Александрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />
Безопасность морского и речного судоходства всегда являлась одним из важнейших<br />
факторов мирового судоходства. И в настоящее время этот вопрос остается одним из приоритетных<br />
практически во всех ведущих морских державах мира.<br />
Данная работа представляет собой разработку математической модели программного<br />
комплекса отслеживающего движение судна относительно полей волн и рекомендация оптимального<br />
курса при данном условии волнения, позволяющего так же рассчитывать максимально<br />
достоверную траекторию предполагаемого маневра с учетом всех динамических факторов<br />
влияющих на условия судовождения.<br />
В разрабатываемой системе происходит анализ состояния судна, объектов находящихся<br />
в зоне видимости судовой радиолокационной станции (РЛС), погодных факторов. Учет условий<br />
и способов штормования, рекомендации судоводителю при неблагоприятных сочетания<br />
курсовых углов и скоростей. Сигнализация при возникновении теоретически возможной<br />
аварийной ситуации.<br />
Первым этапом создания рассматриваемой системы является исследование морского<br />
волнения.<br />
Волнение является одним из решающих факторов влияющих на условия судовождения<br />
и на результаты парусных соревнований в море. Учеными и судостроителями выполняются<br />
обширные исследования по изучению волнения, но к сожалению, только незначительная<br />
часть накопленных знаний имеет какое-то отношение к проблемам, волнующим судоводителя,<br />
как на малых лодках, так и на большегрузных судах.<br />
При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых<br />
курсовых углов характеристики его основных мореходных качеств, таких, как остойчивость,<br />
качка и управляемость существенно изменяются.<br />
Для улучшения условий судоходства высоту и направление морских волн видится возможным<br />
определять с помощью судового локатора. В настоящее время судовые радиолокационные<br />
станции оборудуются модулями, позволяющими избавиться от помех, создаваемых<br />
на экране РЛС морским волнением. Для этих целей используются фильтра с ручной регулировкой,<br />
которые позволяют убрать помехи создаваемые от волн, но не дают информации о<br />
высоте и скорости волн.<br />
Детально изучив эти помехи, на базе судовой РЛС, можно судить о параметрах морского<br />
волнения вокруг судна в реальном времени. До настоящего времени высота и направление<br />
волн определялись судоводителем визуально и условия штормования, соответственно зависят<br />
то квалификации штурмана.<br />
49
Рис. 1. Простейшая структурная схема системы<br />
Подобная работа проводилась сотрудниками Дальневосточного государственного технического<br />
университета кандидатом технических наук Храмушиным Василием Николаевичем<br />
и доктором технических наук Антоненко Сергеем Владимировичем «Поисковые исследования<br />
штормового мореходства» (Вестник ДВО РАН. 2004. № 1). Основная задача их работы<br />
состояла в разработке корабельного варианта метеостанции, который может составить<br />
основу универсальной бортовой аппаратуры для автоматического определения состояния<br />
моря, атмосферы и динамики их взаимодействия с движущимся судном. Характер морского<br />
волнения косвенно оценивается с помощью безинерционных инклинометров или акселерометров,<br />
измеряющих параметры бортовой, килевой и вертикальной качки корабля.<br />
Задача же настоящего исследования состоит в детальном изучении морского волнения<br />
с учетом всех характеристик судна. Система рассматривается с учетом универсальной штормовой<br />
диаграммы Ю. В. Ремеза, которая позволит определят неблагоприятные сочетания<br />
скорости и курсовых углов бега волн, так называемых резонансных зон. (рис. 2) Несмотря на<br />
это, знание таких сочетаний, дает судоводителю возможность принимать решения о выборе<br />
метода штормования. Если, например, известно, что резонанс наступает на встречном волнении,<br />
то это является основанием для того, чтобы предпочесть штормование на попутном<br />
волнении. Если известны резонансные сочетания курса и скорости, то становится ясным, в<br />
какую сторону изменять фактические курс и скорость, чтобы, если и не выйти за пределы<br />
резонансной зоны, то по крайней мере не ухудшить положения судна. Своевременный учет<br />
информации данного характера позволит многократно повысить безопасность мореплавания.<br />
Так же программный комплекс определяет наилучший, в зависимости от окружающих<br />
метеоусловий, способ движения галсом и рекомендует судоводителю оптимальный курс<br />
движения судна. Очевидно, что это приведет к существенной экономии топлива и времени<br />
затрачиваемого на рейс.<br />
Второй этап рабаты заключается в расчете максимально достоверной траектории предполагаемого<br />
маневра судна.<br />
Многолетние наблюдения за поведением грузовых судов в период совершения маневра<br />
показывают существенное отличие траектории движения того же маневра, при различных<br />
степенях загрузки.<br />
Для проведения анализа инерционных сил, влияющих на маневренные характеристики<br />
судна, в работе рассматривается маневр «Зигзаг Кемпфа», т.к. согласно резолюции<br />
601(15), резолюции MSC.137(76), Explanatory notes to the standards for ship maneuverability<br />
50
(MSC/Circ.1053), он включен в программу ходовых испытаний при введении судна в эксплуатацию.<br />
Рис. 2. Универсальная штормовая диаграмма Ю. В. Ремеза для больших глубин: λ—длина<br />
волны; V— скорость судна; q — курсовой угол бега волны<br />
Испытания на зигзаг начинаются с перекладки руля на заданный угол из первоначального<br />
положения его в диаметральной плоскости - . Затем, когда направление движения<br />
судна изменится на угол перекладки руля от первоначального - , руль перекладывается на<br />
заданный угол, на другой борт - (рис. 3). После этого заданный угол пера руля удерживается<br />
до тех пор, пока, курс судна не пройдет через исходный курс и изменится на заданный<br />
угол в противоположную сторону - .<br />
В Стандарты включены два вида испытаний на зигзаг - 10°/10° и 20°/20°. В первом случае<br />
угол кладется на 10° любого борта и затем, когда направление движения изменится на<br />
10°, перекладывается на такой же угол другого борта.<br />
Во втором случае угол кладки руля и изменение направления движения составляют 20°.<br />
Такой маневр является одним из основных, постоянно используемых судоводителями в<br />
практике эксплуатации судов и известен как одерживание. Под одерживанием понимается<br />
остановка вращения судна, совершающего поворот, с помощью перекладки руля на противоположный<br />
борт.<br />
51
52<br />
Рис. 3. Пример маневра «Зигзаг Кэмпфа»<br />
Наиболее важной информацией, полученной из этих испытаний, являются величины<br />
углов зарыскивания, время изменения курса судна на заданный угол - и время, необходимое<br />
на компенсацию зарыскивания - .<br />
Были проведены три серии натурных испытаний при разной степени загрузки судна в<br />
каждой серии.<br />
Результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что время прохождения<br />
судном контрольных точек в каждом эксперименте из серии зависит от количества<br />
перевозимого груза. При сравнении расчетных и экспериментальных значений была обнаружена<br />
значительная погрешность результатов вычислений, которая при внесении суммарной<br />
поправки Δ в расчеты существенно уменьшалась.<br />
Ели рассматривать особенности движения наливных судов применительно к системам<br />
автоматической радиопрокладки (САРП), системам электронной прокладки (СЭП) и другим<br />
подобным, можно сделать следующее предположение: во всех подобных системах для проигрывания<br />
маневров расхождения вносятся коэффициенты, полученные при заводcких испытаниях<br />
полной загрузке и минимальном влиянии окружающей среды. Также такие системы<br />
не учитывают другие дополнительные факторы, влияющие на движение судна, такие например,<br />
как: степень загрузки, плотность груза, сила и направление морского волнения, сила<br />
ветра, течения и т.п. Используя приведенные в статье результаты описывающие движение<br />
судна при различных условиях, возможно, создать систему, позволяющую точнее рассчитывать<br />
маневр на существующем в настоящее время оборудовании, использую дополнительные<br />
данные для расчетов. Данные для рассматриваемой системы (координаты, скорость) возможно<br />
принимать с уже установленного на судне оборудования (судовая РЛС, GPS, лаг). Это<br />
позволяет существенно упростить создание и ввод в эксплуатацию предлагаемой системы,<br />
так как на судне не потребуется установка дополнительного оборудования.<br />
В такой системе, изначально используются параметры движения судна, полученные<br />
при заводских испытаниях. В дальнейшем коэффициенты, описывающие траекторию движения<br />
судна, корректируются автоматически, каждый раз при изменении параметров, как судна<br />
(характера, массы груза и особенности загрузки), так окружающей среды. Для этого, танкеру<br />
необходимо совершить движение, отличное от прямолинейного, что в условиях эксплуатации<br />
судна неизбежно. Помимо более точного проигрывания маневра, такая система сможет<br />
показать будущую траекторию движения судна на экране, относительно окружающей обстановки.<br />
Изменение алгоритма расчета траектории производится в каждый момент времени, с<br />
учетом всех вышеперечисленных факторов, которые в течении рейса не могут оставаться постоянными.<br />
Такой метод способствует максимально достоверному расчету. Создание такой<br />
системы, увеличит безопасность мореплавания и позволит снизить вероятность морских и<br />
экологических катастроф.<br />
Применение системы возможно на судах всех типов. В зависимости от комплектации ее<br />
стоимость составит от 10 до 50 тыс. долларов, что несомненно вызовет интерес судовладельцев.
АНАЛИЗ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ<br />
Хоцкий Максим Игоревич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: доцент Аносов Н.М.<br />
anosov@msun.ru<br />
В последнее десятилетие только на судах морского транспортного флота России ежегодно<br />
фиксируется в среднем более 60 аварийных случаев и наблюдаются тенденции их роста.<br />
Мировая статистика свидетельствует о том, что суда для перевозки лесных грузов, на долю<br />
которых приходится около 10% мирового объема морских перевозок, по количеству аварий<br />
опережают все без исключения типы судов, но при этом аварии крайне редко заканчиваются<br />
их гибелью: лесовозы опрокидываются и гибнут многократно реже, чем суда другого<br />
назначения.<br />
Применительно к российскому флоту эта статистика справедлива только в части, касающейся<br />
повышенной аварийности лесовозов, а что касается низкой вероятности их гибели,<br />
то реальность жестко опровергает это заключение. В качестве подтверждения вышесказанного<br />
можно привести следующее: у причалов портов опрокинулись теплоходы "Паллада" и<br />
"Алга", в море только в последние годы с грузом леса на борту затонули теплоходы "Виктор<br />
Вихарев", "Вест", "Синегорье" и, наконец, "Кастор-1".<br />
Кроме того, в течение двух недель декабря 2005 года шесть лесовозов с российскими<br />
экипажами, вышедшие из портов российского Дальнего Востока, потеряли вблизи северозападного<br />
побережья Японии палубный лесной груз, создав угрозу безопасности мореплавания<br />
и причинения вреда водной среде.<br />
В осенне-зимний период 2006 года восемь судов, вышедших из российских портов и ведомые<br />
российскими моряками, сбросили палубный лесной груз на акватории Японского моря.<br />
Причинами аварий лесовозов являются: использование устаревших, а порой и неприспособленных<br />
к лесным перевозкам судов, несовершенство нормативной базы, определяющей<br />
правила погрузки, крепления и перевозки леса на судах, низкий профессионализм и утрата<br />
экипажами судов накопленного опыта лесных перевозок, а также человеческий фактор<br />
и крайне неблагоприятные гидрометеорологические условия.<br />
В ряде аварийных случаев сброс груза за борт и гибель судна были обусловлены нарушением<br />
существующих нормативных документов, определяющих правила погрузки, крепления<br />
и перевозки лесных грузов на судах. Однако во многих случаях аварии (в том числе и в<br />
портах) возникли при неукоснительном выполнении всех существующих нормативных требований.<br />
Примерами подобных аварий могут служить аварии лесовозов «Взморье», «Вяткалес»<br />
и «Ураллес» в портах и лесовозов «Тайганос», «Сунгари», «Сахалинлес», «Орехово –<br />
Зуево» и других судов на переходе.<br />
Причинами большинства из перечисленных аварий являются недостаточная прочность<br />
конструкции крепления палубного груза, разрушение стензелей и разрыв найтовых.<br />
Характерно, что большинство аварийных ситуаций вне зависимости от мест а их возникновения<br />
происходят по одной схеме:<br />
возникновение крена => разрушение конструкций крепления груза => смещение палубного<br />
груза => резкое увеличение крена судна => самопроизвольный или регулируемый<br />
сброс палубного груза.<br />
Таким образом, из всего вышесказанного можно сделать вывод, что существующие<br />
нормативные документы не обеспечивают должной безопасности при перевозке и креплении<br />
лесного палубного груза, в связи с чем было решено проанализировать некоторые существующие<br />
рекомендации по креплению палубного груза:<br />
Целью данной работы является определение зависимости усилий, возникающих в найтовых,<br />
в зависимости от коэффициента трения между грузом (в данной работе рассматривается<br />
пакетированный лесной груз) и палубой.<br />
53
Расчет крепления палубного груза (рекомендации ИМО)<br />
Исходные данные:<br />
максимальный угол крена, max = 31,5º;<br />
масса груза, m = 663,6 т;<br />
координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Z = 3,85 м;<br />
период бортовой качки, T = 25,2º;<br />
высота волны, h g = 21м (принята к расчетам максимально возможная в северной части<br />
Тихого океана);<br />
координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Y =0;<br />
масса груза, m = 663,6 т.<br />
l× b× h= 18,75× 15,36× 6 - линейные размеры груза,<br />
f = 0,5; 0,45; 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; 0,25; 0,2;<br />
0,15; 0,1; 0,05; 0 – коэффициент трения скольжения.<br />
1) При бортовой качке на судно действуют силы инерции и тяжести, суммарную поперечную<br />
составляющую можно определить из:<br />
2<br />
⎡ ⎛2π<br />
⎞ ⎛ hâ<br />
⎞<br />
⎤<br />
Py<br />
= m ⎢g ⋅ sinθmax + ⎜ ⎟ ⋅⎜θmax ⋅ z+ sinθmax<br />
⎟⎥<br />
= 3715,064 êÍ<br />
⎢<br />
T θ ⎝ 2<br />
⎣ ⎝ ⎠<br />
⎠⎥<br />
⎦<br />
Это усилие смещает груз и создает опрокидывающие моменты.<br />
2) Минимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси<br />
OZ, может быть определена из:<br />
2<br />
⎡ ⎛2π<br />
⎞ ⎛ hâ<br />
⎞<br />
⎤<br />
Pz<br />
= m⋅⎢g⋅cosθmax −⎜ ⎟ ⎜θmax ⋅ y+ cosθmax<br />
⎟⎥<br />
= 5181,081 êÍ<br />
⎢<br />
T θ ⎝ 2<br />
⎣ ⎝ ⎠<br />
⎠⎥<br />
⎦<br />
3) Расчет сил, действующих на судно, производится по формулам:<br />
F( x) = m⋅ a( x) + Fw( x) + Fs( x) = 3987,137 êÍ ,<br />
F( y) = m⋅ a( y) + Fw( y) + Fs( y) = 5975,107 êÍ ,<br />
F( z) = m⋅ a( z) = 2311,319 êÍ ;<br />
где:<br />
a(x,y,z) – продольное, поперечное и вертикальное ускорения;<br />
a(x) = 3,078 м/с 2;<br />
a(y) = 5,427 м/с 2 ;<br />
a(z) = 3,483 м/с 2 ;<br />
Fw ( x) = 1,5 ⋅b⋅ h= 138, 24 Í - продольная сила ветрового давления;<br />
Fw ( y) = 1,5 ⋅l⋅ h= 168,75 Í - поперечная сила ветрового давления;<br />
Fs<br />
( x) = p⋅b⋅ h= 1806,336 Í - продольная сила удара волн;<br />
Fs<br />
( y) = p⋅l⋅ h= 2205 Í - поперечная сила удара волн;<br />
p = 7,4 кН/м 2 при высоте заливания < 0,6 м;<br />
p = 19,6 кН/м 2 при высоте заливания > 1,2 м.<br />
В диапазоне величин заливания более 0,6 м и менее 1,2 м значения p определяются линейной<br />
интерполяцией.<br />
Приведенные ниже величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести,<br />
килевой качки и подъема груза на волне, параллельно палубе. Приведенные величины<br />
вертикальных ускорений не включают значений статического веса.<br />
Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следующим условиям<br />
эксплуатации:<br />
- неограниченный район плавания;<br />
- любое время года;<br />
- длина судна (L) 100 м;<br />
54
- эксплуатационная скорость 15 узлов;<br />
- отношение B/h >= 13 (B – ширина судна, h – метацентрическая высота).<br />
Основные данные ускорений<br />
Поперечное ускорение a y в м/с 2<br />
Продольное ускорение<br />
в м/с 2<br />
Верх палубы 7,1 6,9 6,8 6,7 6,7 6,8 6,9 7,1 7,4 3,8<br />
Низ палубы 6,5 6,3 6,1 6,1 6,1 6,1 6,3 6,5 6,7 2,9<br />
Твиндек 5,9 5,6 5,5 5,4 5,4 5,5 5,6 5,9 6,2 2,0<br />
Трюм 5,5 5,3 5,1 5,0 5,0 5,1 5,3 5,5 5,9 1,5<br />
Доля длины<br />
судна L<br />
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9<br />
Вертикальное<br />
ускорение a z 7,6 6,2 5,0 4,3 4,3 5,0 6,2 7,6 9,2<br />
в м/с 2<br />
Корма Длина судна, L Нос<br />
Для судов, длина которых отличается от 100 м и скорость которых отличается от 15 узлов,<br />
величины ускорений корректируются коэффициентом, приведенным в таблице ниже.<br />
Коэффициент корректуры ускорений в зависимости от L и v судна<br />
Длина, м<br />
Скорость,<br />
уз<br />
9<br />
50<br />
1,20<br />
60<br />
1,09<br />
70<br />
1,00<br />
80<br />
0,92<br />
90<br />
0,85<br />
100<br />
0,79<br />
120<br />
0,70<br />
140<br />
0,63<br />
160<br />
0,57<br />
180<br />
0,53<br />
200<br />
0,49<br />
12 1,34 1,22 1,12 1,03 0,96 0,90 0,79 0,72 0,65 0,60 0,56<br />
15 1,49 1,36 1,24 1,15 1,07 1,00 0,89 0,80 0,73 0,68 0,63<br />
18 1,64 1,49 1,37 1,27 1,18 1,10 0,98 0,89 0,82 0,76 0,71<br />
21 1,78 1,62 1,49 1,38 1,29 1,21 1,08 0,98 0,90 0,83 0,78<br />
24 1,93 1,76 1,62 1,50 1,40 1,31 1,17 1,07 0,98 0,91 0,85<br />
Дополнительно для судов, соотношение B/h у которых менее 13, величины поперечных<br />
ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в таблице:<br />
Коэффициент корректуры при B/h < 13<br />
B/h 7 8 9 10 11 12 13 и более<br />
Верх палубы 1,56 1,40 1,27 1,19 1,11 1,05 1,00<br />
Низ палубы 1,42 1,30 1,21 1,14 1,09 1,04 1,00<br />
Твиндек 1,26 1,19 1,14 1,09 1,06 1,03 1,00<br />
Трюм 1,15 1,12 1,09 1,06 1,04 1,02 1,00<br />
55
4) Усилия, возникающие в найтовых при бортовой качке<br />
• под действие опрокидывающих моментов:<br />
Py⋅ hg + Fw( y) ⋅ hn + Fs( y) ⋅hç −0,5⋅Pz⋅b<br />
Fí<br />
= =−1425,19<br />
êÍ ,<br />
b⋅ sinα1+ hk<br />
⋅cosα1<br />
где:<br />
h к = 6 м – расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;<br />
b = 15,36 м – ширина груза на палубе;<br />
h g – расстояние по вертикали от палубы до середины груза;<br />
h п – половина высоты площади парусности;<br />
h з – половина высоты заливания;<br />
α 1 = 45° – угол между поперечным найтовым и палубой.<br />
Условно можно принять h п = h з = h g = половине высоты груза = 3 м.<br />
• под действием сил, смещающих груз (расчеты ниже приведены для f = 0,5):<br />
F( y)<br />
− f ⋅ Pz<br />
Fí<br />
= = 3190,906 êÍ .<br />
cosα1+ f ⋅sinα1<br />
Из полученных значений F н выбирается большее, которое и принимается за усилие,<br />
возникающее в найтовых при бортовой качке.<br />
5) Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке:<br />
Fx ( ) − f⋅<br />
Pz<br />
Fí<br />
1<br />
= = 1316,629 êÍ ,<br />
cosα2 + f ⋅sinα2<br />
где:<br />
α 2 = 45° – угол между продольным найтовым и палубой.<br />
Зависимость усилия, возникающего в найтовах при килевой качке,<br />
от коэффициента трения<br />
fn 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0<br />
Fn 1316, 1614, 1934,0 2277,0 2646,4 3045,4 3477,6 3947,4 4459,9 5021, 5638,6<br />
1 63 7 6 8 9 4 5 3 3 2 6<br />
56
Зависимость усилия, возникающего в найтовах при бортовой качке, от коэффициента трения<br />
fn 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0<br />
F 3190,9 3553, 3942,2 4359,6 4809,1 5294,5 5820,4 6392,1 7015,7 7698, 8450,0<br />
n 1 61 2 11 12 74 92 41 6 77 78<br />
Расчет усилий, действующих на монолитный груз на палубе (4м)<br />
Графики зависимости X и Y от коэффициента трения<br />
57
Схема расчетов лес на палубе принимается как монолитный груз<br />
Таблица зависимости суммарной боковой нагрузки на трёх уровнях стензеля<br />
от коэффициента трения:<br />
f 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Z<br />
рсум 28,02 28,4 28,78 29,16 29,53 29,91 30,29 30,67 31,05 31,43 31,8 0<br />
рсум 30,08 30,46 30,84 31,22 31,6 31,97 32,35 32,73 33,11 33,49 33,87 3,5<br />
рсум 32,15 32,52 32,9 33,28 33,66 34,04 34,42 34,79 35,17 35,55 35,93 7<br />
График зависимости суммарной боковой нагрузки от коэффициента трения<br />
Таким образом, на основании проведенных выше вычислений, мы увидели, что 3 рассмотренные<br />
методики обеспечивают безопасную перевозку лесного палубного груза при<br />
высоких коэффициентах трения, то есть когда груз перевозится в хорошую солнечную погоду.<br />
Однако при понижении коэффициента трения (в случае дождя, снега, обморожении) нагрузки<br />
в найтовых сильно увеличиваются, как видно на представленных выше графиках,<br />
что, возможно, и приводит к разрыву найтовых, деформации и разрушению стензелей и, как<br />
следствие, смещению палубного груза. Таким образом, главный вывод настоящей работы:<br />
существующая нормативная база не обеспечивает надлежащей безопасной сохранной<br />
перевозки.<br />
В связи с этим в МГУ имени адмирала Невельского на кафедре управления судном<br />
проводятся исследования по предложению принципиально новой схемы укладки и крепления<br />
лесного пакетированного палубного груза.<br />
58<br />
ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ОБНАРУЖЕНИЯ СОСЕДНИХ СУДОВ<br />
С ПОМОЩЬЮ РЛС И АИС<br />
Ярощук Владислав Валерьевич, Хоменко Дмитрий Борисович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент Акмайкин Д.А.<br />
yaroshuk@msun.ru, 0007177@mail.ru<br />
К судовым навигационным (радиолокационным станциям) РЛС предъявляют следующие<br />
требования: круговой обзор по азимуту, дающий возможность контролировать окружающую<br />
надводную обстановку в заданном радиусе действия. К характеристикам РЛС отно-
сятся: достаточная разрешающая способность измерения расстояний и точность измерения<br />
расстояний и направлений на обнаруживаемые объекты, наличие ориентации изображения<br />
отражаемых сигналов от объектов на экране индикатора как относительно курса, (диаметральной<br />
плоскости судна) так относительно и меридиана (истинного севера). Обнаружение<br />
как крупных, так и малых низкорасположенных надводных объектов (шлюпки, знаки навигационного<br />
ограждения и прочие надводные препятствия) при различных состояниях водной<br />
поверхности. Слабое влияние качки на дальность обнаружения объектов. Возможность воспроизведения<br />
на экране индикатора как относительного, так и истинного движения объектов.<br />
Высокая надежность, обеспечивающая круглосуточную работу станции и простоту обслуживания.<br />
Достаточная помехозащищенность от отражений, вызванных взволнованной морской<br />
поверхностью и атмосферными осадками. Одной из главной особенностью РЛС является<br />
возможность виденья берегов.<br />
Но также как и плюсы есть у РЛС и минусы: Невозможность видеть судно за берегом<br />
или другим препятствием, а так же уязвимость для захвата с помощью систем автоматической<br />
радиопрокладки (САРП) из-за особенности распространения зондирующего и отраженного<br />
лучей. При сближении нескольких сопровождаемых САРПом судов целей возможен<br />
сброс маркера или перебрасывание маркера. Недостаточная разрешающая способность радара<br />
несколько целей на экране сливаются в один эхосигнал. Так же влияние помех от моря<br />
или от атмосферных осадков приводит к ухудшению чувствительности РЛС.<br />
Использование Автоматической идентификационной системы (АИС) увеличивает расстояние<br />
гарантированного обнаружения встречных судов. Радиусом действия АИС в открытом<br />
море можно считать дальность УКВ радиосвязи. С учетом высоты установки антенн<br />
АИС над уровнем моря радиус действия АИС лежит в пределах 20–30 миль. В то же время<br />
дальность уверенного обнаружения и автоматического сопровождения встречного судна с<br />
помощью РЛС/САРП зависит от размеров судна-цели, погодных условий и других факторов<br />
и лежит в пределах 6 – 20 миль. Как следствие малое судно-цель, оборудованное АИС, будет<br />
обнаруживаться примерно на тех же расстояниях, что и крупные суда с помощью РЛС.<br />
В районах с изрезанной береговой линией, в архипелагах, в узких проливах, фиордах и<br />
на реках АИС позволяет получать информацию по судам, находящимся в "теневых" секторах<br />
РЛС, обусловленных береговым рельефом. На экране картографической системы благодаря<br />
АИС появляется возможность идентификации и слежения за целью. Для АИС отсутствует<br />
понятие минимальная дальность действия ("мертвая зона"), свойственное РЛС, благодаря<br />
чему возможно получение информации от рядом расположенных судов, например, ошвартованных<br />
лагом. Эффективность АИС не снижается при использовании на акваториях портов и<br />
в стесненных водах, где очень трудно обеспечить своевременный захват и сопровождение<br />
целей с помощью САРП. Ограниченная разрешающая способность РЛС и отражения от береговых<br />
объектов не позволяют, как правило, вести наблюдение за судами, стоящими у причала.<br />
АИС позволяет с высокой и эффективностью ориентироваться в портовых водах.<br />
При использовании АИС в сопряжении с электронной картографической системой и<br />
САРП, на экране отображается информация о цели. Символ встречного судна (треугольник)<br />
и метка истинного курса ориентированы по данным гирокомпаса. Вектор скорости, получаемый<br />
по данным систем навигации, может не совпадать с курсом судна (острым углом треугольника)<br />
при наличии дрейфа или сноса.<br />
При наведении на символ встречного судна маркера в дополнительном окне выдаются<br />
данные по судну, включающие название или позывной, координаты или пеленг и дистанция<br />
скорость, Д кр и Т кр , тип судна, его навигационный статус, данные о наличии опасного груза,<br />
порт назначения.<br />
Достоинства АИС при решении задач по предупреждению столкновений судов.<br />
1. Благодаря взаимному обмену координатами судов, определенными с высокой точностью,<br />
а также информацией о текущем курсе повышается точность определения параметров<br />
расхождения и, следовательно, эффективность расхождения судов в море.<br />
59
2. Принцип обмена информацией между судами по радиолинии передачи данных через<br />
транспондеры исключает возможность переброса маркеров сопровождаемых судов-целей<br />
(swopping) при их сближении, что имеет место при работе САРП. В результате обеспечивается<br />
устойчивое и надежное автосопровождение судов, расходящися на узких фарватерах<br />
или проходящих вблизи плавающих навигационных знаков.<br />
3. Благодаря взаимному обмену данными о гирокомпасном курсе практически в реальном<br />
времени, обеспечивается информация о направлении диаметральной плоскости судовцелей<br />
и их ракурсе, что способствует принятию правильного решения при расхождении. Маневр<br />
судна-цели легко обнаруживается как по изменению значения гирокомпасного курса,<br />
так и путем передачи значения скорости поворота, что позволяет устранить большие трудности,<br />
ранее возникавшие при использовании САРП.<br />
4. На работу АИС не влияют осадки и волнение моря, как это имеет место сейчас при<br />
использовании РЛС. Это обеспечивает возможность наблюдения за малым судном-целью в<br />
условиях сильного волнения моря.<br />
5. Предупреждению столкновений судов будет способствовать также взаимный обмен<br />
между участниками движения информацией о типе судна, его осадке, размерах и навигационных<br />
параметрах, а также о планируемых маневрах.<br />
Ограничения АИС.<br />
1. Эффективное использование АИС возможно только при полномасштабном оснащении<br />
всех судов транспондерами. До наступления такого состояния АИС должна оставаться<br />
дополнительным средством, используемым в САРП и ECDIS наряду с радиолокационной<br />
информацией.<br />
2. Нельзя рассматривать вопрос о будущей замене радиолокационных средств на АИС<br />
поскольку ее информация относится только к объектам, на которых установлены транспондеры,<br />
в то время, как радиолокатор позволяет наблюдать любые объекты, отражающие радиоволны<br />
(знаки навигационного ограждения, суда, береговую черту и др.).<br />
3. В соответствии с решением ИМО только глобально применяемая АИС может стать инструментом<br />
для предупреждения столкновений и мониторинга судов. Это означает, что внедрению<br />
на судах подлежит только то оборудование АИС, параметры которого жестко регламентированы<br />
на международной основе. В этом случае будет обеспечена совместимость оборудования,<br />
установленного на разных судах, и высокая эффективность его использования.<br />
- В период внедрения АИС (с 2002 по 2008 год) значительная часть судов не будет оборудована<br />
АИС. По окончанию периода внедрения определенные группы судов (рыболовные, местного<br />
плавания, маломерные, прогулочные и другие) также могут быть не оборудованы АИС;<br />
- Судовое оборудование АИС может быть выключено по распоряжению капитана судна,<br />
если использование АИС может отрицательно повлиять на безопасность судна. (Например,<br />
в районах, где возможна пиратская деятельность);<br />
- В районах с очень высокой интенсивностью судоходства возможно уменьшение реальной<br />
дальности действия АИС до 10 – 12 миль;<br />
- Сильные радиопомехи, например, во время грозы, могут вызвать кратковременные<br />
нарушения в работе АИС;<br />
- Достоверность и качество принятой информации частично может зависеть от датчиков,<br />
формирующих сообщения АИС, и от правильности ввода информации судоводителями<br />
на судах-целях (например, навигационный статус или маршрут движения).<br />
Для оценки качества обнаружения соседних судов с помощью рассматриваемых устройств,<br />
автором в работе были проведены во время преддипломной практики эксперименты по<br />
обнаружению местоположения соседних судов во время движения. При движении цели по<br />
АИС каждые 3 минуты снимались показания местоположения судна-цели. Оценка местоположения<br />
цели по РЛС делалась по тем же принципам. Показания снимались каждые 3 минуты с<br />
РЛС в одно и тоже время как и с АИС. При этом наше судно двигалось и цель двигалась.<br />
В связи с тем, что цель и приемник информации от цели двигались, то необходимо пересчитать<br />
полученные в эксперименте координаты на систему координат, где цель и судно<br />
60
будут неподвижны относительно друг друга. Для упрощения примем скорость цели и нашего<br />
судна прямолинейными и стационарными. Такое преобразование позволит нам построить<br />
эллипс погрешности местоопределения цели, относительно нашего судна.<br />
Находим формулу перевода судов к новой системе координат по широте:<br />
⎛V1<br />
V2<br />
⎞<br />
ϕ = ϕ 0<br />
− ⎜ + ⎟ ⋅ 0,05⋅<br />
cos( курс _ цели ⋅π<br />
/180)<br />
(1)<br />
⎝ 2 2 ⎠<br />
Формула перевода судов к новой системе координат по долготе:<br />
⎛V1<br />
V2<br />
⎞<br />
λ = λ0 − ⎜ + ⎟ ⋅0,05⋅sin( курс _ цели ⋅π<br />
/180⋅1,20426)<br />
(2)<br />
⎝ 2 2 ⎠<br />
Переводим градусы в минуты и секунды. Получили координаты цели. Числовые коэффициенты<br />
в формулах обусловлены неравномерностью распределения долгот по меридианам на<br />
мировой координатной сетке. Указанные коэффициенты находятся из следующих формул:<br />
Длина минуты дуги меридиана и параллели соответственно:<br />
2 ,<br />
,<br />
a(1<br />
− e ) arc acosϕarc1<br />
l = , p = (3)<br />
3<br />
1<br />
2 2 2<br />
2 2 2<br />
(1 − e Sin ϕ)<br />
(1 − e sin ϕ)<br />
На основании полученных значений находим эллипс погрешности определения целей<br />
обоими методами.<br />
Рис. 1. Эллипс погрешностей местоопределения цели РЛС и АИС<br />
Для построения эллипса погрешностей воспользуемся нижеприведенными формулами.<br />
Определение угла α эллипса:<br />
2rδ<br />
xδ<br />
y<br />
tg2α<br />
= (4)<br />
2 2<br />
δ<br />
x<br />
− δ<br />
y<br />
где δ<br />
x<br />
- рассеивание по долготе, δ<br />
y<br />
- рассеивание по широте Угол α получаем в радианах<br />
и переводим в градусы.<br />
Главные оси эллипса:<br />
δ<br />
y<br />
δ<br />
x<br />
a =<br />
, b =<br />
(5)<br />
0<br />
0<br />
cos(360 − a)<br />
cos(360 − a)<br />
Для того чтобы построить эллипс для навигационного использования необходимо помножить<br />
на коэффициент с, полученный из формулы:<br />
2<br />
c<br />
−<br />
2<br />
P= 1−e<br />
(6)<br />
где P = 0,95 (вероятность попадания истинного места для навигационного использования),<br />
с=2,44775.<br />
61
Из приведенных расчетов видно, что определение относительных координат цели с помощью<br />
АИС в разы точнее, чем с помощью РЛС, однако это не позволяет говорить об однозначном<br />
преимуществе данной системы. Несмотря на более высокую точность местоопределения<br />
целей с помощью АИС, данная система не может исключить использования радиолокационных<br />
станций на судах в силу того, что она не имеет возможности определения пассивных<br />
целей и береговой черты. Поэтому при использовании навигационного оборудования<br />
важным остается знание особенностей использования и ограничений всего функционала, который<br />
имеется в распоряжении штурмана.<br />
Литература<br />
1. Судовое оборудование универсальной автоматической информационной (идентификационной) системы<br />
(АИС). Временные технико-эксплуатационные требования. МФ-02-22/848-62. Государственная<br />
служба морского флота Министерства транспорта РФ. (Введены в действие с 15 марта 2002 г.).<br />
2. Автоматическая идентификационная система (АИС). Краткое описание. Информационный документ<br />
компании "Транзас". - СПб.,1999.<br />
3. Байрашевский А.М., Ничипоренко Н.Т. Судовые радио-локационные системы. - М.: Транспорт, 1982.<br />
- 316 с.<br />
4. Власов К.П., Власов П.К., Киселева А. А. Методы исследований и организация экспериментов. - Гуманитарный<br />
центр, 2002. - 258 с.<br />
5. Чернышев А.В. О поправках 2000 года к Международной Конвенции СОЛАС-74, содержащих новую<br />
редакцию главы V "Безопасность мореплавания". Российский Морской Регистр Судоходства. – СПб,<br />
2005.<br />
62
СЕКЦИЯ 2<br />
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ<br />
ОПРЕСНЕНИЕ МОРСКОЙ ВОДЫ МЕТОДОМ ВЫМОРАЖИВАНИЯ<br />
Акимов Сергей Сергеевич<br />
Дальневосточный государственный рыбохозяйственный технический университет,<br />
г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Угрюмова С.Д.<br />
sirina-elena@mail.ru<br />
Существует множество районов, испытывающих недостаток в пресной воде, особенно<br />
остро этот вопрос затрагивает большинство береговых предприятий. Вместе с тем ряд районов<br />
нашей страны располагает большими запасами подземных вод с общей минерализацией<br />
от 1 до 35 г/л, не используемых для нужд водоснабжения из-за неприемлемо высокого содержания<br />
растворенных солей. Эти воды, так же как и соленая морская вода могут стать источниками<br />
водоснабжения при условии их опреснения. Проектные проработки показывают,<br />
что подача пресной воды из естественного источника даже на расстояние до 300-400 км дешевле<br />
опреснения только для особо крупных водопотребителей.<br />
Оценка прогнозных эксплуатационных запасов солоноватых и соленых подземных вод<br />
в этих районах с учетом удаленности большинства из них от естественных пресноводных источников<br />
позволяет сделать вывод о том, что опреснение является для них единственно возможным<br />
способом водообеспечения. Наряду с этим во многих районах, чаще всего наиболее<br />
развитых в промышленном отношении, имеющиеся естественные пресноводные источники<br />
все более и более загрязняются промышленными и бытовыми стоками и становятся непригодными<br />
для хозяйственно-питьевого водоснабжения, появляются дамбы, плотины, уничтожается<br />
естественная среда обитания многих видов животного мира и растительности. Применяемые в<br />
технике опреснения соленых вод методы могут быть с успехом использованы для возвращения<br />
природе использованной воды, не ухудшающей состояния пресных водоемов.<br />
К настоящему времени в мировой практике определилось несколько основных методов<br />
опреснения воды: дистилляция, ионный обмен, электродиализ, вымораживание, гелиоопреснение<br />
и обратный осмос (гиперфильтрация). Многообразие методов объясняется тем, что ни<br />
один из них не может считаться универсальным, приемлемым для любых конкретных местных<br />
условий. Недостатками наиболее известных устройства являются сложность технического<br />
исполнения, необходимость использования больших площадей поверхности испарения<br />
и конденсации, а также высокая стоимость их изготовления. Одни являются слишком громоздкими<br />
и дорогостоящими, другие требуют слишком частого технического обслуживания.<br />
Особый интерес вызывает процесс опреснения морской воды вымораживанием, который<br />
может быть использован в рыбной и пищевой отраслях, промышленности и жилищнокоммунального<br />
хозяйства, в медицинской и химической промышленностях, а также в сельском<br />
хозяйстве и в строительстве, где требуется использование дистиллята, питьевой и технической<br />
воды. В последние годы этот метод стал интересен многим ученым и над ним<br />
много работают, следствием этого является появление новых изобретений. Техническим<br />
результатом этих новых изобретений является упрощение конструкции теплопередающих<br />
устройств, что приводит к удешевлению стоимости получаемого дистиллята и увеличению<br />
КПД опреснителя морской воды.<br />
Замораживание экономичный метод опреснения воды (замораживание с использованием<br />
естественного или искусственного холода) имеет: низкую удельную производительность,<br />
что требует больших капитальных затрат; зависит от сезонности и связан с необходимостью<br />
использования аккумулирующих емкостей; также зависит от погодных условий. Способ по-<br />
63
лучения пресной воды, основанный на замораживании, заключается в том, что морскую воду<br />
распыляют в вакуумных камерах. Техника вакуумного охлаждения, уже используемая в пищевой<br />
промышленности, позволяет охлаждать воду ниже температуры замерзания, в результате<br />
чего образуется смесь кристаллов льда в рассоле. После отделения льда его подвергают<br />
повторной перекристаллизации до тех пор, пока не будет достигнут необходимый уровень<br />
чистоты. На соленость льда оказывает влияние коэффициент замораживания. Так, при концентрации<br />
солей в исходной воде 3,5% минимальная соленость шуги достигается при 32%-<br />
ном замораживании раствора, а при солесодержании 1,5% при 36%-ном. Большая соленость<br />
шуги при малом коэффициенте замораживания объясняется малыми размерами кристаллов<br />
льда и сильной смачиваемостью их рассолом. Увеличение степени замораживания приводит<br />
к росту размеров и пористости кристалов, что понижает соленость шуги.<br />
Оценить эффективность различных методов опреснения соленых вод замораживанием<br />
можно с помощью термодинамического анализа процесса, позволяющего наиболее полно его<br />
описать и выявить основные параметры, влияющие на его совершенство. Степень совершенства<br />
установки определяется при проектировании опреснительных установок прямого и непрямого<br />
вымораживания сравнением действительных затрат с затратами обратимого процесса.<br />
Половину себестоимости опресненной воды составляют энергетические затраты опреснительных<br />
установок и в 10 - 15 раз превышают работу обратимого процесса обессоливания.<br />
Сравнивая наш метод с наиболее распространенным во всем мире способом получения<br />
дистиллята (многокорпусная выпарка) по термодинамическому совершенству процесса, то<br />
опреснение методом вымораживания однозначно выигрывает. Например, при контактном<br />
замораживании соленой воды изобутаном количество затраченной энергии равно 6,9<br />
кВт·ч/м 3 , термодинамическое совершенство процесса может быть оценено величиной<br />
=16%, в то же время при многокорпусной выпарке энергический КПД =7,2%.<br />
Нами разрабатывается экспериментальная установка, в основе которой заложен метод<br />
опреснения вымораживанием. Данная техническая установка позволит решить проблему водоснабжения<br />
при остром дефиците пресной воды.<br />
Литература<br />
1. Слесаренко В.Н. Современные методы опреснения морских и соленых вод. - М.: «Энергия», 1999.<br />
2. Якубовский Ю.В. Судовые опреснительные установки мгновенного вскипания. Учебное пособие. –<br />
Владивосток: изд. ДВПИ, 1988. - С. 8-23.<br />
РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА МОТОРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ<br />
САМОРЕГЕНЕРИРУЮЩЕГОСЯ ФИЛЬТРА ДЛЯ СИСТЕМ ТОПЛИВО<br />
И МАСЛООЧИСТКИ СУДОВ<br />
Галстян Гарик Гагикович, Варфоломеев Александр Олегович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />
Развитие судостроения характеризуется строительством специализированных судов с<br />
классом автоматизации А1 (А2), использующих в качестве СЭУ дизельный привод. Отсутствие<br />
отечественной конструкции саморегулирующегося фильтра (СРФ), сочетающего высокий<br />
ресурс необслуживаемой работы с эффективной очисткой, тормозит перевооружение<br />
смазочных систем современных автоматизированных дизелей и перевод их на безвахтенное<br />
обслуживание.<br />
В Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского разработан СРФ<br />
высокой автономности, способный работать в смазочной системе ДВС в течение 2 – 5 тыс. ч<br />
64
без вскрытия для проведения профилактических работ и замены поврежденных фильтрующих<br />
элементов (ФЭ), их химической чистки. Очиститель компактен, надежен в работе, может<br />
фильтровать до 240 м 3 /ч моторного масла. В смазочной системе дизеля он устанавливается<br />
на полном потоке и может защищать его пары трения от опасных абразивных частиц,<br />
диаметр которых превышает 15 мкм.<br />
Разработка СРФ осуществлялась на основе моделирования процесса промывки ФЕ<br />
фильтруемой жидкостью. Были исследованы основные факторы, влияющие на данный процесс<br />
и предложены методы управления регенерацией. Интенсификация автоматической промывки<br />
ФЭ от отложений достигалась:<br />
– турбулизацией промывного потока, повышением его скорости генерацией пульсаций<br />
(гидроударов);<br />
– промывкой ФЭ двухфазным потоком с обеспечением пробкового режима течения газожидкостной<br />
смеси;<br />
– введением в промывной поток комплексов, мономолекулярных соединений, твердой<br />
фазы с особыми свойствами;<br />
– применением для промывки ФЭ магнитных жидкостей на углеводородной основе.<br />
Разработка СРФ с высокими эффективностью очистки и регенерируемостью потребовала<br />
создание прочных фильтровальных материалов (ФМ) нового поколения – тканых металлических<br />
сеток полотняного переплетения оптимизированной структуры. Высокие функциональные<br />
свойства ФМ достигались расположением проволок утка вплотную и регулированием<br />
(оптимизацией) геометрии сеток выбором наиболее рациональных диаметров проволок<br />
утка и основы, шага основы. Моделирование фильтровальных сеток (ФС) позволило выделить<br />
показатели геометрии и структуры, определяющие их эксплуатационные свойства. От<br />
формы внутренних поровых каналов сеток зависит их пропускная способность, регенерируемость<br />
и грязеемкость. Результаты моделирования позволили сформулировать принципы<br />
повышения задерживающей способности, гидравлических свойств, регенерируемости и грязеемкости<br />
ФС полотняного переплетения. В докладе приводится сравнение ФМ различных<br />
типов по рассматриваемым показателям, что позволило выделить неоспоримые преимущества<br />
разработанных ФС.<br />
Наиболее перспективной конструкцией ФЭ для СРФ оказался элемент высокой жесткости в<br />
форме свечи. Достигалось это применением стержней из легированной стали, заваренных в бобышки,<br />
стянутых проволокой в форме пружины с приваркой витков. Коэффициент живого сечения<br />
опорного каркаса составлял 0,7 – 0,8, причем шаг повивки проволоки для улучшения гидродинамики<br />
и полного использования ФЭ по высоте был переменен. На опорный каркас с натягом<br />
одевался фильтровальный мешок из ФС и закреплялся специальными обжимными кольцами.<br />
Регенерация ФЭ осуществляется обратной промывкой их фильтруемой жидкостью. Для<br />
функционирования СРФ не требуется дополнительного подвода энергии. Он работает, используя<br />
энергию давления смазочной системы. Автоматическое управление работой фильтра<br />
на очистителе отсутствует, т.е. очиститель функционирует с постоянно включенной системой<br />
регенерации ФЭ.<br />
Достоинством СРФ является полная унификация его конструкции, что достигается модульным<br />
принципом его комплектации, когда необходимая пропускная способность достигается<br />
увеличением числа последовательно или параллельно соединенных модулей. При последовательном<br />
соединении модулей полости грязного и отфильтрованного масла у них становятся<br />
общими, что позволяет гидропривод распределительного устройства оставлять только<br />
у одной секции. Как при последовательном, так и при параллельном соединении модулей<br />
их ФЭ работают автономно, т.е. относительно потока фильтруемого масла они подключены<br />
параллельно.<br />
При комплектации СРФ используется унифицированный модуль (рисунок 1). Корпус 5<br />
каждого модуля выполнен прямоугольной формы. Его средняя часть разделена продольными<br />
и поперечными перегородками на фильтровальные камеры, на которых установлены трубные<br />
доски 4 с ФЭ 3. Трубные доски образуют перегородку, делящую корпус на полости<br />
65
очищенной и неочищенной жидкости, а каждая трубная доска с ФЭ – модульный узел в модуле<br />
фильтра.<br />
В нижней части корпуса установлен пустотелый цилиндр с окнами 2, которые сообщают<br />
его внутреннюю полость с каждой камерой. Внутри цилиндра соосно ему установлено<br />
(по числу рядов камер) с возможностью вращения распределительное (регенерирующее)<br />
устройство 1 с отводной трубой и патрубками, торцевые поверхности которых сопряжены с<br />
внутренней поверхностью цилиндра. Отводная труба через выходное отверстие корпуса сообщается<br />
с атмосферой (зоной низкого давления). Кроме того, корпус каждого модуля имеет<br />
отверстия для подачи грязной и отвода отфильтрованной жидкости.<br />
Патрубки распределителя через окна в цилиндре сообщают его внутреннюю полость с<br />
фильтровальными камерами. Распределительное устройство приводится во вращение гидроприводом<br />
через шестеренную передачу. Поступательное движение поршня сервомотора, перемещаемого<br />
под действием давления фильтруемой жидкости, через муфту передается во<br />
вращательное ведущей шестерне. Подачей жидкости в сервомотор и удалением ее из подпоршневых<br />
полостей управляет золотник.<br />
Модуль работает следующим образом. Фильтруемое масло через отверстие в корпусе<br />
поступает в нижнюю его полость, ограниченную внутренней поверхностью цилиндра. Далее<br />
через окна 2 цилиндра она направляется в фильтровальные камеры, проходит через ФЭ,<br />
очищается и попадает в полость отфильтрованного масла. Далее оно через верхнее отверстие<br />
в корпусе поступает к потребителю.<br />
При перекрытии патрубком распределителя входного отверстия фильтровальной камеры<br />
(см. рисунок 1) она выводится из процесса фильтрования. Камера через отводную трубу<br />
соединяется с областью низкого давления (атмосферой). Вследствие перепада давления между<br />
полостью очищенной жидкости и областью низкого давления образуется обратный поток<br />
жидкости. При прохождении через ФЭ в направлении, обратном процессу фильтрования, он<br />
смывает осевшие на наружной поверхности элемента частицы загрязнения и удаляет их че-<br />
66<br />
Рис. 1. Базовая модель унифицированного фильтра СРФ-60 с гидравлическим<br />
приводом распределительного устройства: 1 – распределитель; 2 – окна; 3 –<br />
ФЭ; 4 – доска; 5 – корпус; 6 – гидропривод.
рез отводную трубку в грязевую емкость.<br />
Процесс регенерации ФЭ в перекрытой камере длится пока поршень сервомотора перемещается<br />
в цилиндре гидропривода вправо. При перемещении влево он через муфту входит<br />
в зацепление с ведущей шестерней и при помощи специального устройства поворачивает ее,<br />
перемещая через шестеренную передачу патрубок распределителя к следующей камере. Как<br />
только башмак патрубка распределителя откроет ранее перекрываемую им фильтровальную<br />
камеру в ней возобновляется процесс фильтрования.<br />
Для очистки промывного масла можно использовать фильтр-грязесборник ими центрифугу<br />
с реактивным приводом. Эти агрегаты, кроме грязеудаления, создают дополнительное<br />
сопротивление потоку промывного масла и не допускают значительного падения давления в<br />
системе смазки.<br />
Авторами предложена оригинальная система очистки моторного масла в дизелях с полнопоточной<br />
его очисткой СРФ (рисунок 2). Новизна включения фильтра в смазочную систему<br />
дизеля состоит с дополнительной очистке масла центрифугой с реактивным приводом.<br />
При этом для повышения эффективности работы центрифуги очистке подвергают промывное<br />
масло, в котором загрязнения скоагулированы. Чтобы повысить эффективность регенерации<br />
ФЭ фильтра, используют центрифугу с напорным сливом, которая имеет низкое гидравлическое<br />
сопротивление и позволяет увеличить скорость промывного потока при смыве<br />
отложений с ФЭ. Фактор разделения центрифуги повышают автономной подачей масла на<br />
гидравлический (реактивный) привод ее ротора. Для этой цели забор масла на привод ротора<br />
центрифуги осуществляют от точки смазочной системы, где давление высоко.<br />
Возможности СРФ в повышении эффективности очистки моторного масла показаны на<br />
примере дизеля Vasa-32 (6ЧН 32/35) (таблица). Подключение СРФ-60 и центрифуги с напорным<br />
сливом МЦН-7НС осуществлялось по схеме, изображенной на рисунке 2. В качестве<br />
базы сравнения использовалась штатная система очистки моторного масла дизеля Vasa-32,<br />
включающая полнопоточный фильтр тонкой очистки масла (ФТОМП) с ФЭ Н-20 поверхностного<br />
типа, фильтровальная штора которых в форме многолучевой звезды сгофрирована из<br />
специального нетканого материала с тонкостью отсева 40 мкм.<br />
Моторные испытания маслоочистителей проводили на масле М-14-Д 2 (цл 30) (ГОСТ<br />
12337-84). Дизель работал на мазуте топочном 40, IV вида с содержанием серы до 2 %<br />
(ГОСТ 10585-99). Угар масла составлял 1,6–1,74 г/(кВт⋅ч). Чистку ротора центрифуги от отложений<br />
осуществляли через 250 ч работы.<br />
5 6<br />
4<br />
7<br />
3<br />
2<br />
1<br />
8<br />
Рис. 2. Перспективная КСТОМ для среднеоборотного дизеля: 1 – картер; 2 –<br />
заборник; 3 – перепускной клапан; 4 – насос; 5 – фильтр СРФ-60; 6 – центрифуга<br />
МЦН-6НС; 7 – холодильник; 8 – распределительная магистраль<br />
67
Сравнение результатов моторных испытаний маслоочистителей показало преимущество<br />
комбинированной системы тонкой очистки масла (КСТОМ) с использованием СРФ-60 и<br />
МЦН-7НС. По сравнению со штатной системой интенсивность очистки масла от нерастворимых<br />
продуктов (НРП) при ее использовании возросла в 9–12 (см. таблицу). При этом доминирующую<br />
роль в улучшении этого показателя показала центрифуга.<br />
Таблица 1<br />
Результаты эксплуатационных испытаний маслоочистителей в дизеле Vasa-32<br />
Показатель<br />
Состояние масла к 2000 ч работы<br />
Концентрация НРП, %:<br />
общих<br />
зольных<br />
Средства очистки ММ<br />
СРФ-60+<br />
ФТОМП<br />
+МЦН-7НС<br />
2,6±0,4<br />
0,65±0,1<br />
1,4±0,2<br />
0,28±0,03<br />
Щелочность, мгКОН/г 8,9±0,9 12,7±1,2<br />
Степень окисления, % 12,6±1,6 8,5±0,8<br />
Содержание смол, % 7,2±0,06 6,1±0,05<br />
Работа МО<br />
Интенсивность очистки масла от НРП, г/ч:<br />
общих<br />
зольных<br />
Состояние дизеля<br />
Скорость изнашивания деталей ДВС:<br />
комплект поршневых колец, г/1000 ч<br />
цилиндровая втулка, мкм/1000 ч<br />
вкладыши подшипников, г/1000 ч<br />
290±40<br />
170±20<br />
9,2±1,2<br />
37±6<br />
9±1<br />
3270±250<br />
1830±160<br />
5,6±0,6<br />
23±4<br />
7±0,8<br />
Нагаро- и лакообразование<br />
(общая оценка), балл 26,8±3,5 15,4±2,1<br />
Она взяла основную грязевую нагрузку на себя и облегчила работу СРФ-60. Поэтому<br />
перепад давления на этом фильтре за 2 тыс. ч работы практически не изменялся. В то же<br />
время ФЭ типа Н-20 за этот период пришлось сменить трижды.<br />
Кинетика накопления общих НРП в моторном масле в обоих случаях проходила по экспоненте<br />
со стабилизацией на уровне 2,6 % при использовании ФТОМП и 1,4 % – при комбинации<br />
СРФ-60 и МЦН-7НС (см. таблицу). По зольным продуктам эффект от дополнительного<br />
центрифугирования масла был еще выше. Максимальная концентрация нерастворимых примесей<br />
поддерживалась соответственно на уровне 0,65 и 0,28 %. Загрязнение масла НРП (ГОСТ<br />
20684-75) при штатной системе очистки было в 1,8 – 2,3 раза более высоким, чем при очистке<br />
его КСТОМ.<br />
Эффективное удаление из масла центрифугой продуктов износа, срабатывания присадок<br />
и окисления углеводородов тормозит его старение. Щелочность масла к концу этапа испытаний<br />
при комбинированной его очистке падала до 12,7 мг КОН/г. В то время как при работе<br />
со штатным маслоочистителем этот показатель соответствовал 8,6 мг КОН/г. Глубокая<br />
очистка масла центрифугой от катализаторов окисления снижает в 1,48 раз глубину его старения,<br />
на что указывает концентрация в нем карбонилсодержащих продуктов: 12,6 % при<br />
штатной очистке и 8,5 % – при использовании опытной системы.<br />
Анализ износных характеристик дизеля показывает, что его пары трения очень чувствительны<br />
к состоянию масла. Торможение старения при комбинированной очистке масла<br />
68
привело к снижению скорости изнашивания деталей двигателя. Особенно хорошо это прослеживается<br />
по поршневым кольцам, прежде всего маслосъемным. Скорость изнашивания<br />
их уменьшилась в 1,4–2,3 раза. Менее чувствительны к качеству очистки масла мотылевые<br />
шейки коленчатого вала и вкладыши подшипников. Их износ при использовании комбинированной<br />
системы очистки масла уменьшился всего на 28–47 %, что указывает на надежную<br />
защиту этих пар трения от опасных частиц загрязнения масла как ФТОМП, так и СРФ.<br />
На нагаро- и лакообразование дизеля влияние комбинированной очистки отразилось в<br />
меньшей степени. Состояние поршней по этому показателю улучшилось с 12,6 до 8,5 балла.<br />
Закоксованных колец не наблюдалось, что указывает на высокий запас моющедиспергирующих<br />
свойств масла М-14-Д 2 (цл30). Влияние системы очистки масла на углеродистые<br />
отложения в картере и полостях охлаждения масляных холодильников за этап испытаний<br />
в 2000 ч обнаружить не удалось.<br />
Выводы:<br />
1. Разработан базовый модуль саморегенерирующегося фильтра с высокими эффективностью<br />
очистки и регенерацией, на основе которого могут создаваться компактные маслоочистители<br />
малой массы и габаритов с пропускной способностью 30 – 240 м 3 /ч. Регенерация<br />
ФЭ осуществляется обратным потоком фильтруемой жидкости. Для функционирования СРФ<br />
не требуется дополнительного подвода энергии, очиститель работает в режиме непрерывной<br />
регенерации ФЭ, поэтому не требует автоматического управления.<br />
2. Для дизелей с высокой прокачкой масла предложена система его очистки с саморегенерирующимся<br />
фильтром и центрифугой. Особенностью этой комбинированной системы<br />
является подключение центрифуги для очистки промывного масла СРФ, дисперсная фаза загрязнений<br />
которого укрупнена и легко отфуговывается. Для повышения регенерирующей<br />
способности фильтра путем снижения гидравлического сопротивления центрифуги и увеличения<br />
скорости промывного потока она выполнена с напорным сливом и имеет автономный<br />
подвод масла на гидропривод ротора от места в смазочной системе, где давление жидкости<br />
самое высокое.<br />
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ УГАРА МОТОРНОГО<br />
МАСЛА В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ<br />
Гаук Георгий Александрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />
Снижение эксплуатационного расхода моторного масла (ММ) в двигателях внутреннего<br />
сгорания (ДВС) следует считать перспективным решением части общей проблемы экономии<br />
топливно-энергетических ресурсов на флоте. Проведенный анализ угара ММ в судовых<br />
ДВС показал, что значительное влияние на него оказывают конструктивные, технологические<br />
и эксплуатационные факторы: конструкция поршневых колец и поршня, величина зазоров<br />
в сопряжениях деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), степень приработки и материалы<br />
деталей движения, параметры системы смазки (СС) и рабочего процесса, конструкция<br />
клапанного механизма и уплотнений турбокомпрессора.<br />
Расход масла на испарение в большой степени зависит от толщины масляной пленки.<br />
Последняя во многом определяется упругостью, конструкцией и числом маслосъемных колец.<br />
Наибольшего успеха в снижении расхода масла на угар достигли при оптимизации комплекта<br />
поршневых колец за счет уменьшения их количества и повышения маслосъемного<br />
действия. Исследованы маслосъемные свойства торсионных (скручивающихся), минутных (с<br />
конической боковой поверхностью) и коробчатых с экспандером колец (см. рис. 1).<br />
69
В целом ряде работ убедительно показано, что посредством совершенствования этих<br />
деталей можно получить весьма ощутимые результаты [1]. В целях снижения расхода масла<br />
на угар были разработаны и испытаны маслосъемные кольца коробчатого и скребкового типов<br />
различной упругости. Повышение упругости маслосъемного кольца достигалось за счет<br />
применения специальных расширителей (пружинных и пластинчатых). Упругость колец замерялась<br />
согласно ГОСТ 7295 – 76, в результате чего определялось среднее давление кольца<br />
на стенку цилиндра р. Сжатие кольца осуществлялось с помощью стальной проволоки. Исследование<br />
влияния упругости маслосъемных колец на расход масла и срок его службы проводилось<br />
на дизель – генераторе 8 кВт (дизель 2Ч 9,5/10) при работе на топливе по ГОСТ 305<br />
– 73 и масле М-10В 2 по ТУ 38-101-278-72 наследующих режимах нагрузки: холостой ход, 25,<br />
50, 75, 100, 110 %. Работа на режиме 110 % нагрузки проводилась в течение 1 ч после 9 ч работы<br />
на режиме 100 %. Долив масла в картер дизеля, осуществлялся через каждые 25 ч, а<br />
пробы масла на физико-химический анализ отбирались через 100 ч.<br />
В процессе проведения исследований были испытаны следующие варианты:<br />
1. Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пружинным расширителем; р = 0,589 МПа,<br />
продолжительность испытания – 800 ч.<br />
2. Маслосъемное кольцо коробчатого типа без расширителя (исходный вариант). Среднее<br />
давление кольца на стенку цилиндра р = 0,206 МПа, продолжительность испытания – 500 ч.<br />
3. Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой канавке) с пластинчатым<br />
расширителем; р = 0,550 МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />
4. Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой канавке) без расширителя;<br />
р = 0,275 МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />
5. Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пластинчатым расширителем; р = 0,569<br />
МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />
Результаты сравнительных испытаний первых двух вариантов представлены в таблице<br />
1. Как видно, при работе дизель – генератора с маслосъемными кольцами коробчатого типа<br />
без расширителя расход масла на угар возрастал от этапа к этапу и через 500 ч составил 8,2<br />
г/(кВт⋅ч) против 4,21 г/(кВт⋅ч) в начале испытаний.<br />
Применение пружинного расширителя улучшает и физико-химические свойства масла:<br />
снижается скорость поступления загрязнений в масло в семь раз (табл. 1); уменьшается количество<br />
нерастворимых примесей в два раза; вязкость масла υ остается на прежнем уровне; сокращается<br />
количество отложений на средствах очистки масла в два раза, а коэффициент фильтрации<br />
(общий) уменьшается более чем в 1,6 раз (однако это не означает ухудшения очистки масла,<br />
а является лишь следствием низкой скорости загрязнения его).<br />
Результаты спектрального анализа показали, что скорость изнашивания деталей дизеля<br />
при его работе с маслосъемными кольцами повышенной упругости снижается в два – три<br />
раза (табл. 1).<br />
После 500 ч начинается более интенсивное срабатывание присадки: резко снижается<br />
щелочное число, а также происходит накопление в масле органических и сильных кислот<br />
(растет кислотное число и снижается потенциал, характеризующий активность кислых продуктов).<br />
Это может привести к повышенным лакообразованиям, что и было замечено после<br />
800 ч работы дизеля: частично забиты дренажные отверстия на поршне.<br />
По окончании 800 ч испытаний были произведены обмеры деталей ЦПГ. По результатам<br />
замеров значительных износов не установлено:<br />
– зазор в замке колец возрос на 5 мм, что не превышает увеличения зазора в замке поршневых<br />
колец серийных дизелей за 1000 ч работы (0,5 ÷ 1 мм);<br />
– износа гильз цилиндров не наблюдалось;<br />
– износ поршневых канавок маслосъемного кольца первого цилиндра и третьего компрессионного<br />
кольца второго цилиндра составил по 0,1 мм (износ других канавок не наблюдался).<br />
70
Параметры<br />
Скорость поступления загрязнения,<br />
г/(кВт⋅ч)<br />
Количество отложений на средствах<br />
очистки, кг:<br />
на центрифуге,<br />
на фильтре тонкой очистки<br />
Коэффициент очистки, %:<br />
общий,<br />
центрифуги,<br />
фильтра тонкой очистки.<br />
Результаты испытаний маслосъемных колец<br />
Таблица 1<br />
Показатели<br />
без расширителя (500 ч) с расширителем (800 ч)<br />
0,299 0,0408<br />
0,420<br />
0,180<br />
50<br />
39,5<br />
10,5<br />
0,190<br />
0,090<br />
30,6<br />
22,7<br />
7,5<br />
После завершения исследований первых двух вариантов на дизель – генераторе были испытаны<br />
маслосъемные кольца коробчатого и скребкового типов с пружинными и пластинчатыми<br />
расширителями. Продолжительность испытаний на каждом этапе составляла 100 ч.<br />
Оценка физико-химических свойств масла не проводилась. Определялся лишь только удельный<br />
расход масла на угар (табл. 2). Как видно, минимальный удельный расход масла на угар<br />
достигается при работе при работе дизель – генератора с маслосъемными кольцами коробчатого<br />
типа и пружинными расширителями (1,1 г/(кВт⋅ч)). Применение пластинчатого расширителя<br />
по сравнению с пружинным приводит к возрастанию величины g у с 1,1 до 2,3 г/(кВт⋅ч) Не<br />
дает никакого эффекта и замена одного маслосъемного кольца коробчатого типа двумя скребковыми<br />
в одной поршневой канавке (расход масла на угар 5,7 и 6 г/(кВт⋅ч)).<br />
Из вышеприведенного следует что наиболее эффективным средством снижения удельного<br />
расхода масла на угар g у в дизелях Ч 9,5/10 является применение маслосъемного кольца коробчатого<br />
типа с пружинным расширителем, что позволяет снизить величину g у с 5,7 до 1,1<br />
г/(кВт⋅ч), т. е. почти в пять раз. При этом среднее давление кольца на стенку цилиндра возросло<br />
с 0,206 до 0,589 МПа. Данное увеличение давления, осуществляемое путем установки пружинного<br />
расширителя, улучшает и физико-химические свойства масла: в семь раз снижается<br />
скорость поступления загрязнений в масло; в два раза уменьшается количество отложений на<br />
средствах очистки масла; в два раза сокращается содержание нерастворимых в бензине примесей.<br />
Замена на дизелях Ч 9,5/10 маслосъемных колец коробчатого типа на скребковые и пружинных<br />
расширителей на пластинчатые не дает положительного эффекта.<br />
Проведенный анализ влияния различных конструктивных факторов на угар масла убедительно<br />
показывает, что величина g у должна существенно определяться техническим состоянием<br />
деталей ЦПГ. На самом деле, от износа этих деталей зависит упругость и величина<br />
стыкового зазора, зазор между поршневыми кольцами и канавками, зазор между поршнем и<br />
втулкой и т. д. А эти величины, как было показано выше, значительно влияют на угар масла.<br />
71
Средние величины расхода масла на угар<br />
при использовании различных типов маслосъемных колец<br />
Исследуемый вариант<br />
Продолжительность<br />
этапа, ч<br />
Таблица 2<br />
Средний удельный<br />
расход масла<br />
на угар за 10 ч<br />
работы, г/(кВт⋅ч)<br />
Маслосъемные кольца коробчатого типа без расширителей 500 5,7<br />
Маслосъемные кольца коробчатого типа с пружинными расширителями<br />
800 1,1<br />
Маслосъемные кольца коробчатого типа с пластинчатыми расширителями<br />
100 2,3<br />
Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой<br />
канавке) без расширителя<br />
100 6<br />
Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой<br />
канавке) с пластинчатым расширителем<br />
100 5,3<br />
Метод сокращения угара масла посредством уменьшения толщины масленой пленки<br />
имеет ограничение. Так, при достижении определенных минимальных значений заметно<br />
ухудшается работа трущихся поверхностей, что вызывает падение мощности двигателя и усиленных<br />
износ деталей ЦПГ. Поэтому необходимо лимитировать величины удельных давлений<br />
колец значениями 0,8 – 1,5 МПа при ширине кромок коробчатых маслосъемных колец<br />
0,5 – 1,2 мм. Для уменьшения изнашивания маслосъемных колец с высоким средним давлением<br />
кольца на стенку цилиндра применение модификаторов трения (МТ). Поэтому для работы<br />
дизеля c низкими величинами угара (g у < 1 г/(кВт⋅ч)) и высокими значениями удельного давления<br />
маслосъемных колец использование МТ желательно. Это позволяет уменьшить скорость<br />
изнашивания маслосъемных колец в 2 – 3 раза и способствует стабилизации угара ММ<br />
в течении продолжительного срока на низком уровне.<br />
Литература:<br />
1. Перминов Б. Н. Научно-технические основы эффективного маслоиспользования в судовых тронковых<br />
дизелях: Монография. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2005. – 378 с.<br />
2. Фомченков, А. И Исследование влияния упругости маслосъемных колец на расход масла на угар и срок<br />
его службы / А. И. Фомченков, Л. А. Моисейченко, В. А. Корнилов // Двигателестроение. – 1980. – №7.<br />
– С. 21–22.<br />
73
74<br />
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОСОБЕННОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ<br />
ТЕПЛОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ<br />
НА ОПРЕСНИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ<br />
Дрозд Михаил Сергеевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Слесаренко В.Н.<br />
С возрастанием энергетической мощности ДВС независимо от достигнутых высоких<br />
значений их кпд (более 50%), полученных существенной интенсификацией рабочего процесса<br />
и совершенствованием конструкции двигателей сохраняется значительный избыток тепловой<br />
энергии, который не находит полного использования в замкнутой тепловой схеме дизельной<br />
установки. Потому оценка эффективности СЭУ, в которой главным элементом является<br />
ДВС, по величине его кпд не вполне оправдана. Так как при этом не учитываются потери<br />
теплоты такими элементами СЭУ как вспомогательный и утилизационный котлы, опреснительная<br />
установка, теплообменные аппараты различного назначения, обеспечивающие работу<br />
главного двигателя и ряда другого вспомогательного оборудования. Тенденция, наблюдаемая<br />
в дизелестроении, направленная на достижение максимальных значений кпд двигателя<br />
является весьма односторонней.<br />
В то время как с совершенствованием всего энергетического комплекса общая экономическая<br />
эффективность СЭУ резко возрастает, что скажется на более рациональном расходе<br />
топлива.<br />
К такому направлению, связанному с решением этой задачи следует отнести разработку<br />
комплексных схем утилизации теплоты уходящих газов и охлаждающей воды главного<br />
двигателя и других низкопотенциальных источников теплоты, теряемых в настоящее время<br />
тепловой схемой судовой энергетической установки.<br />
Следует отметить, что анализу тепловой эффективности и рассмотрению термодинамического<br />
совершенства тепловой схемы СЭУ и взаимодействию обслуживающих элементов<br />
с точки зрения наиболее полного потребления избытков теплоты посвящено ограниченное<br />
количество исследований. При этом не проведено сравнений эффективности предлагаемых<br />
схем утилизации, отсутствует рассмотрение таких схем применительно к судам различного<br />
назначения (транспортные, рыбодобывающие, танкерный флот).<br />
При сравнении эффективности отсутствует единый показатель, по величине которого<br />
можно судить о наибольшей целесообразности использования утилизационной схемы для<br />
судов данного назначения.<br />
Анализ большинства схем произведён без теоретической взаимосвязи отдельных элементов,<br />
входящих в её состав, на основе единого материального баланса, как наиболее полно<br />
способного судить о правильном распределении потоков теплоты, отбираемого от двигателя.<br />
Оценка процесса утилизации по величине энергетических потерь является одним из подходов<br />
к решению задачи рациональной утилизационной системы, потребления теплоты вспомогательными<br />
механизмами СЭУ, но требует, по моему мнению, дополнительного рассмотрения<br />
этой задачи на принципе теоретического рассмотрения тепловой системы «двигатель –<br />
вспомогательные потребители сбрасываемой теплоты».<br />
Одним из элементов потребляющих бросовую теплоту двигателя, является опреснительная<br />
установка. В технологии опреснения морской воды находят применение различные<br />
конструкции теплообменных аппаратов, отличающихся, прежде всего, взаимодействием воды<br />
с поверхностью нагрева, которое зависит от типа установки (с погруженной поверхностью,<br />
с парообразованием в тонкой плёнке). Каждый из этих теплообменников оснащён<br />
греющим элементом, форма поверхности которого выполнена из труб, пластин или других<br />
рекомендаций.<br />
При использовании опреснительной установки в схемах утилизации теплоты судового<br />
двигателя внутреннего сгорания может быть установлен любой тип теплообменного аппара-
та независимо от реализованной в нем поверхности нагрева. Однако с тем чтобы обеспечить<br />
максимальное потребление утилизируемой теплоты такой аппарат должен характеризоваться<br />
наиболее высокой интенсивностью теплообмена.<br />
Стремление создать установки, опресняющие морскую воду на использовании низкопотенциальной<br />
теплоты, при которой снижается выпадение накипи на поверхностях нагрева,<br />
с высокой интенсивностью рабочего процесса, когда можно получить хорошие коэффициенты<br />
относительной выработки, при этом обеспечить приемлемые габариты установки, привело<br />
к появлению в технике опреснения нового метода термического выпаривания исходной<br />
воды в виде тонкой плёнки, подаваемой на поверхность нагрева. Этот метод позволил реализовать<br />
новую тепловую схему опреснительной установки с теплообменниками тонкоплёночного<br />
типа. В настоящее время в эксплуатации находятся несколько разновидностей опреснительных<br />
установок тонкоплёночного типа. Они состоят из длиннотрубных и короткотрубных<br />
испарителей с гравитационным свободным стеканием плёнок по внутренней поверхности<br />
греющих труб. Внутри труб размещаются специальные насадки, создающие щелевой проход<br />
для жидкости. Такой теплообменный аппарат формирует плёнку опресняемой воды на поверхности<br />
нагрева, имеющей как вертикальную, так и горизонтальную ориентацию.<br />
По составу схема вертикально-плёночной установки (рис. 1) не отличается от других<br />
схем тонкоплёночных опреснителей, но их отличительной особенностью является наличие<br />
перекачивающих насосов между ступенями, а также в некоторых конструкциях вертикальное<br />
расположение ступеней, для уменьшения первых. В таких опреснителях движение плёнки<br />
реализуется как нисходящий, так и восходящий потоки. Вода поступает в трубки через щелевые<br />
каналы, создаваемые специально встроенными насадками.<br />
Расчёты экономической эффективности установок с вертикальными плёночными испарителями<br />
доказывают их преимущество перед установками мгновенного вскипания. Однако<br />
в судовых условиях устойчивость движения плёнки без разрыва и захлёбывания трудно<br />
обеспечить и поэтому этот недостаток можно исключить организацией струйно-ударного режима<br />
подачей морской воды внутрь трубок при помощи встроенного в них оросителя (рис. 2).<br />
Рис. 1. Вертикальная компоновка ступеней<br />
тонкоплёночной установки: 1 -<br />
пара ступеней; 2 - конденсатор; 3 -<br />
сопло; 4 - сепаратор пара; 5 - поддон<br />
для сбора дистиллята; 6 - разделительный<br />
лист.<br />
Рис. 2. Испаритель струйно-ударного плёночного<br />
типа: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 -<br />
распределитель; 4 - трубная доска оросителя;<br />
5 - трубная доска поверхности нагрева;<br />
6 - поверхность нагрева; 7 - оросители;8 -<br />
компенсатор; 9 - центрующие планки.<br />
Большое преимущество перед предыдущим имеет горизонтально-плёночный способ<br />
организации течения плёнки по поверхности нагрева, конструктивное исполнение которого<br />
75
значительно проще, а теплофизические показатели выше. В случае опреснитель представляет<br />
собой горизонтально-трубный теплообменник, на поверхности которого подается опресняемая<br />
вода, омывающая их с наружи. По трубкам движется теплоноситель, нагревающий плёнку<br />
с получением вторичного пара.<br />
При горизонтальной поверхности нагрева воду падают соплами или оросителями.<br />
Возможно, организовать плёночный режим течения при введении внутри трубок оросителей<br />
с перфорацией по длине (рис. 3), диаметр которого меньше диаметра трубки теплообменника<br />
с длиной, равной её длине. Одной из возможных форм организации такого режима движения<br />
в установках небольшой производительности является раскрутка жидкости при помощи роторов,<br />
разгоняющих воду тонким слоем по поверхности нагрева.<br />
Рис.3. Плёночный испаритель с гофрированной поверхностью нагрева:<br />
1 – корпус; 2 – листы; 3 – гофр листа; 4 – отверстие; 5 – камера исходной воды; 6 –<br />
рассольный щит; 7 – щелевой ороситель; 8 – греющий пар; 9 – каналы для выхода<br />
вторичного пара; 10 – паровая камера; 11 – сепаратор; 12 – рассольная камера.<br />
С целью повышения производительности, эффективности и компактности схемы предлагается<br />
опреснитель, в одном корпусе которого располагаются горизонтально - и вертикально-плёночные<br />
ступени (рис. 4). Такое решение позволяет выполнить установку в одном<br />
агрегате, что имеет большое значение в судовых условиях. Протекание процесса при такой<br />
компоновке понижает температурный напор, устраняет накипеобразование на поверхности<br />
горизонтального пучка из-за омывания его вторичным паром, улучшает сепарацию пара<br />
промывкой струями распыливаемой жидкости.<br />
Сокращение расходов теплоты на процесс термической дистилляции позволяет включение<br />
в схему опреснителя компрессионной установки (рис. 5), которая отбирает вторичный<br />
пар и подвергает его дополнительному сжатию при помощи механического или парового<br />
компрессора. Конструктивное совершенство устройств, достигнутое в современных опреснителях,<br />
с помощью которых вторичный пар подвергается сжатию, а затем используется как<br />
теплоноситель и нагревает морскую воду за счёт повышения его температуры в процессе<br />
сжатия, расширило возможности применения такого периодического цикла при опреснении<br />
воды.<br />
76
Рис. 4. Вертикально-горизонтальный плёночный опреснитель:<br />
1 - корпус; 2 - корпус; 3 - сепаратор; 4 - отбойник; 5 - ороситель; 6,7 - горизонтальная<br />
и вертикальная ступени; 8 - вестовые трубок; 9 - сборник рассола; 10 - охладитель.<br />
При включении в схему установки пароэжекторного или механического агрегата в значительной<br />
степени повышает коэффициент относительной выработки. Потребляется меньшее<br />
количество исходной воды и расходы на её химическую обработку.<br />
Рис. 5. Опреснитель с механической компрессией:<br />
1 - компрессор; 2 - поверхности нагрева; 3 - охладитель рассола и дистиллята;<br />
4 - пусковой подогреватель.<br />
Значительная интенсификация процесса теплообмена в горизонтально-плёночных опреснителях<br />
достигается заменой трубной поверхности гофрированными листами, соединенными<br />
между собой и имеющих во впадинах отверстия для перетекания струй опресняемой<br />
воды на ниже лежащие ряды листов. Ряды расположены в шахматном порядке таким образом,<br />
чтобы струи попадали только на гребень листа и вода стекала во впадину. Такое движение<br />
жидкости по поверхности способствует лучшему контакту с нагретой волной и повышает<br />
коэффициент теплопередачи.<br />
Анализ показывает, что при соответствующей форме греющих элементов, процесс получения<br />
вторичного пара в опреснительной установке протекает не однозначно, а достигаемые<br />
коэффициенты теплопередачи имеют различное значение.<br />
Для схемы утилизации теплоты ДВС этот фактор имеет большое значение, так как при<br />
большей интенсивности теплообмена, доля использования теплоты для развитой схемы, содержащей<br />
несколько элементов, потребляющих теряемую двигателем энергию, будет наибольшей.<br />
Для подтверждения преимущественной целесообразности использования такого опреснителя<br />
в схеме утилизации теплоты от ДВС нами проведен анализ особенностей теплопередачи<br />
при движении жидкости по желобчатой поверхности в сравнении с гладкотрубным теп-<br />
77
лообменником. При этом принято допущение, что, наименьшая толщина плёнки образуется<br />
на гребне поверхности нагрева, а большее значение имеет место во впадине волны. Разбрызгивание<br />
при ударе струи об гребень и испарение части воды в её массе не учитывается.<br />
Таким образом, процесс теплопередачи можно рассматривать как протекающий в двух<br />
зонах: на гребне и во впадине.<br />
Геометрическими характеристиками такой поверхности приняты: высота гребня Н, радиус<br />
кривизны поверхности гофры R, расстояние от середины гребня впадины L и угол уклона<br />
гофры.<br />
В зоне впадины уравнение движения плёнки определяется:<br />
. (1)<br />
Если принять граничные условия, при которых скорость на участке минимальной толщины<br />
плёнки на входе во впадину при y= равна W=0, а её значение по вертикальной оси<br />
при z=0 W=0; при y=0; при z= , то значение толщины стекающей во впадину<br />
плёнки находится:<br />
. (2)<br />
Значение L рассчитывается в соответствии с зависимостью<br />
. (3)<br />
Расстояние от центра впадины до начала формирования толщины плёнки при движении<br />
с гребня устанавливается на основании уравнения<br />
. (4)<br />
В уравнениях (2-4) величина – характеризует максимальную толщину плёнки на<br />
дне впадины; – толщина плёнки жидкости на выходе из гребня; а – шаг гофры.<br />
Массовый расход опресняемой среды, движущейся по гофре во впадину составляет:<br />
. (5)<br />
Представленные уравнения при совместном рассмотрении с закономерностями, описывающим<br />
гидродинамический режим течения плёнки в зоне гребня, позволяют оценить интенсивность<br />
теплопередачи на желобчатой поверхности.<br />
Процесс течения опресняемой воды в зоне гребня определяется значением двух скоростей<br />
W и V с перемещением потока по направлению х вдоль гребня и у по профилю желоба.<br />
Уравнения движения выражаются в виде:<br />
. (6)<br />
С учётом изменения давления:<br />
. (7)<br />
Процесс парообразования при изменении плотности орошения находится:<br />
. (8)<br />
Таким образом, при совместном решении уравнений (5), (7) и(8) определяется распределение<br />
толщины плёнки по поверхности желоба. В соответствии с этой величиной устанавливают<br />
значение коэффициента теплоотдачи h и зависимостей для вычисления Nu и Rе.<br />
,<br />
где коэффициент теплоотдачи .<br />
78
В рассмотренной конструкции опреснителя имеет место истечение струи жидкости из<br />
отверстия, расположенного во впадине. При истечении струи происходит её соприкосновение<br />
со вторичным паром, генерируемом поверхностью гофр. При выводе выше представленных<br />
уравнений это явление не учитывается. Однако выход струи сопровождается дроблением<br />
её на отдельные капли и струи, что оказывает влияние на конденсацию части образующегося<br />
пара и смешение конденсата с опресняемой водой. Это приведёт к увеличению толщины<br />
плёнки на греющей поверхности и росту термического сопротивления.<br />
При незначительности расстояния между рядами гофр, струя жидкости непрерывна и<br />
для неё влияние пульсации, от действия сил тяжести и поверхностного натяжения, можно не<br />
учитывать.<br />
В этом случае уравнение распространения теплоты в струе выражается в виде:<br />
. (9)<br />
Решение уравнения (9) в безразмерных координатах находится:<br />
, (10)<br />
где ; ; ; - скорость и радиус струи на расстоянии<br />
х от выходного отверстия; и R – радиус выходного отверстия и текущий радиус<br />
струи; – температура струи; А и â – постоянные.<br />
Если принять, что<br />
и поставить это значение в (10) с переходом к безразмерной<br />
форме можно установить основные характеристики струи.<br />
Скорость свободного вытекания струи:<br />
(11)<br />
и радиус струи:<br />
. (12)<br />
Скорость струи на выходе из отверстия:<br />
, (13)<br />
где ö – коэффициент сопротивления отверстия; - напор жидкости на входе в отверстие; -<br />
коэффициент гидравлического сопротивления.<br />
Значение ö зависит от толщины листа и диаметра отверстия и лежит в пределах 0,8 – 0,88.<br />
Средняя температура жидкости в промежуточном сечении струи после соответствующих<br />
преобразований исходных уравнений находится:<br />
(14)<br />
или<br />
lg (X) (15)<br />
Величина (X) для наших условий с достаточной точностью определятся:<br />
(X)=ах/( ). (16)<br />
В соответствии с приведёнными данными видно, что с увеличением скорости истечения<br />
взаимодействие вторичного пара и струи уменьшается, что скажется на меньшей степени<br />
его конденсации.<br />
Представленные данные показывают, что процесс теплообмена в установке с гофрированной<br />
поверхностью обладает большей интенсивностью, чем для гладкотрубных теплообменников.<br />
При этом существенного влияния вытекающих из отверстия струй на парообразование<br />
не наблюдается. Требуемый температурный напор в установке такого типа значительно<br />
ниже, чем в других поверхностных аппаратах. Этот вывод позволяет сказать, что при использовании<br />
теплообменников с гофрированной поверхностью нагрева позволит обеспечить<br />
большую степень утилизации теплоты от ДВС при включении в развитую схему.<br />
79
80<br />
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ<br />
СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НАНЕСЕНИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ<br />
НА ДЕТАЛИ ТРИБОУЗЛОВ<br />
Зуева Екатерина Александровна<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />
Современное развитие двигателей характеризуется повышением мощности с одновременным<br />
стремлением повысить их ресурс и экономичность при возрастающей интенсивности<br />
эксплуатации. Несмотря на постоянное совершенствование конструкции судовых дизелей,<br />
технологии их производства, преждевременный выход из строя втулок цилиндров,<br />
поршней, колец и вкладышей подшипников коленчатых валов продолжает лимитировать<br />
межремонтные периоды дизелей. Анализ отказавших двигателей показывает, что необходимость<br />
капитального ремонта вызвана значительным изнашиванием деталей цилиндропоршневой<br />
группы (ЦПГ), повышенного расхода масла и снижения мощности. В большинстве<br />
случаев наименее долговечны сопряжения «поршневое кольцо – канавка поршня»,<br />
«поршневое кольцо – втулка цилиндра», «коленчатый вал – вкладыш». Почти все они нуждаются<br />
в повышении долговечности для обеспечения нормативного ресурса до капитального<br />
ремонта двигателя. Кроме того, ЦПГ общепризнанно считается основным источником потерь<br />
на трение в двигателе, хотя эти оценки меняются в пределах от 30 до 70 % общих механических<br />
потерь [1].<br />
Долговечность определяется стойкостью материалов трибоузла ко всем видам износа,<br />
которые имеют место в дизеле: абразивному, коррозионно-механическому и адгезионному.<br />
Материал поверхностного слоя должен выдерживать высокие удельные давления и температуры<br />
в условиях трения при граничной смазке, обладать способностью удерживать смазку на<br />
своей поверхности, исключить возможность схватывания и задира при временном отсутствии<br />
смазки. Изнашивание должно происходить так, чтобы продукты износа оказывали минимальное<br />
образивное действие на поверхность трения, и желательно даже, чтобы они оказывали<br />
смазывающее действие. Материал поверхностного слоя должен обеспечивать совместимость<br />
при трении, прирабатываемость и быстрое формирование оптимальной (равновесной)<br />
шероховатости. Процесс приработки идет с повышенным тепловыделением и требует<br />
определенного времени и режима работы двигателя. Поэтому необходимо, чтобы этот<br />
процесс заканчивался как можно быстрее.<br />
Решение проблемы радикального повышения долговечности связано с применением новых<br />
ресурсосберегающих технологий, позволяющих получать поверхностные слои детали со свойствами,<br />
существенно отличающимися от свойств металла детали. Новое качество поверхности<br />
восстановленной детали, в свою очередь, влияет на ресурс механизма, в который она входит.<br />
Современные методы восстановления деталей позволяют снизить потери на трение, повысить<br />
износостойкость и долговечность узлов трения.<br />
Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости и долговечности<br />
узлов трения дизелей является применение покрытий на основе природных материалов<br />
геологического происхождения (геомодификаторов трения) на основе силикатов. Для<br />
повышения ресурса различных механизмов и оборудования находят минеральные материалы,<br />
содержащие ионы Mg, Si, Fe, Ni, Al и др. [2, 3].<br />
Технологии нанесения минеральных покрытий на поверхности трибоузлов позволяют<br />
решать следующие задачи: повышения ресурса, снижения коэффициент трения и механических<br />
потерь; ускоренной приработки сопряженных поверхностей. В результате насыщения<br />
поверхностных слоев трибоузлов минеральными материалами (чаще всего применяются<br />
серпентиниты), обладающими высокой термодинамической устойчивостью, на поверхностях<br />
трения создается специфический микрорельеф с высокими маслоудерживающими свойствами,<br />
позволяющий получить поверхность с высокой несущей способностью, коэффициент
трения снижается в 1,5–2,0 раза. Благодаря этому улучшается работа трибоузла на режимах<br />
трения при граничной и смешанной смазке, и, соответственно, повышается его ресурс. Получают<br />
минеральные покрытия путем натирания, с помощью ультразвуковой обработки или<br />
при добавлении тонкодисперсного геомодификатора трения в смазку.<br />
Упрочнение с применением геомодификаторов трения — это совокупность технологических<br />
операций, конечным результатом которых является получение на поверхностях трения<br />
и контакта деталей машин металлокерамического защитного слоя толщиной достаточной<br />
для компенсации небольшого износа. Образование металлокерамического защитного<br />
слоя происходит в результате прохождения реакции замещения ионов магния в узлах кристаллических<br />
структур геомодификаторов трения на ионы железа поверхностного слоя стали<br />
(чугуна) трущихся поверхностей деталей машин.<br />
При добавлении геомодификаторов трения в смазку образуются новые кристаллы имеют<br />
более объемные пространственные решетки, которые в своей массе приподнимаются над<br />
изношенной поверхностью, компенсируя износ. Толщина металлокерамического защитного<br />
слоя зависит от энергии, выделяемой при трении, и количества геомодификатора трения, нагартовавшегося<br />
в местах трения. Уместно даже говорить о частичном восстановлении формы<br />
деталей. Но, самое важное — происходит не только компенсация зазоров, но и их оптимизация,<br />
что приводит к резкому падению уровня вибраций и, как следствие, к снижению энергопотребления.<br />
Механизмы образования модифицированного слоя и его долговечность в зависимости<br />
от условий эксплуатации не достаточно изучены [2].<br />
Нами разработан геомодификатор на основе серпентина «Трибоник». При нанесении<br />
геомодификатора трения на поверхность детали путем натирая или с помощью ультразвуковой<br />
обработки образуется слой металлокерамики толщиной от 1–10 нм до несколько десятков<br />
микрометров (толщина слоя зависит от способа и режима получения). Образующийся<br />
слой металлокерамики обладает более высокими физико-механическими и триботехническими<br />
свойствами, чем закаленная сталь. Изменяя химический состав геоматериала и его<br />
дисперсность можно управлять износостойкостью покрытия на поверхностях трения, что<br />
весьма перспективно, особенно при ремонте деталей машин, так как позволяет при уменьшении<br />
себестоимости ремонта улучшить качество изделий или повысить качество ремонта.<br />
Применение этой технологии в эксплуатации позволяет в несколько раз сократить величину<br />
затрат на смазочные материалы благодаря увеличению их срока службы, а за счёт улучшения<br />
трибологических свойств рабочих поверхностей получить экономию топлива.<br />
Литература<br />
1. Ведерников Д.Н., Шляхов В.А. Решение трибологических проблем двигателей внутреннего сгорания:<br />
современная практика изготовителей и перспективы // Трение и износ. – 1994. – №1. – С. 138–148.<br />
2. Куренский В.Е. Восстановление изношенных и защита от износа новых деталей механизмов и машин<br />
по технологии «Саис» // Техническая эксплуатация флота – пути совершенствования. Материалы региональной<br />
научно-практической конференции. 25–27 ноября 2003. – Владивосток: Мор. гос. ун-т им.<br />
адм. Г.И. Невельского, 2003. – С. 127–130.<br />
3. Лазарев С.Ю., Хмелевская В.Б., Токманев С.Б. К вопросу о критериях выбора природных минеральных<br />
материалов и других веществ для покрытий разного назначения // Металлообработка. – 2006. –<br />
№ 3. – С. 6–9.<br />
81
ВЕТРОДВИЖЕНИЕ<br />
Киютин Илья Олегович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., профессор Радченко П.М.<br />
kiutin_io@mail.ru<br />
Развитие паруса шло параллельно с развитием человечества и достигло пика к середине<br />
XIX столетия, когда появились знаменитые "выжиматели ветра" - чайные клипера, а к началу<br />
XX века - не менее знаменитые корабли типа "Flyins Р" ("Летучие П") гамбургской компании<br />
"Лаэш". Ее пятимачтовый корабль "Пройссен" считался в начале XX века самым большим<br />
парусным судном в мире: регистровая вместимость - 5081 т, водоизмещение - 11 000 т.<br />
Американцам первым удалось построить очень легкие, стройные и быстроходные суда<br />
- клипера. Но англичане не отставали, и очень скоро начались настоящие соревнования английских<br />
и американских парусников.<br />
Интерес к использованию ветра в нашем столетии тесно связан с определенными потрясениями,<br />
стремлением преодолеть трудности. Как правило, это касается нехватки топлива,<br />
специалистов, тоннажа и связано с удорожанием топлива.<br />
Новая волна интереса к парусным судам поднялась после окончания войны. При сравнительно<br />
небольших строительных затратах и низких эксплуатационных расходах можно<br />
было построить идеальное по крайней мере для малого каботажа, парусное судно.<br />
Стремительному техническому прогрессу сопутствовало появление серьезных экологических<br />
проблем, наносящих порой непоправимый вред природе. Катастрофы с нефтяными<br />
танкерами и грандиозные пожары на морских промыслах подтверждают это. Помочь мировому<br />
морскому флоту стать экологически чистым должны новые идеи и решения. И новизну<br />
может нести в себе парус.<br />
К счастью для человечества, всегда находятся люди, способные увидеть то, чего не замечают<br />
другие, и обладающие неиссякаемой пытливостью - этим неотъемлемым качеством<br />
всех изобретателей.<br />
Таким человеком был немецкий инженер Антон Флеттнер (1885-1961). Однажды, наблюдая<br />
во время плавания на паруснике за усилиями матросов, работавших в шторм с парусами<br />
на высоте 40-50 м, он подумал: а нельзя ли чем-нибудь заменить классический парус,<br />
используя при этом все ту же силу ветра? Размышления заставили Флеттнера вспомнить о<br />
его соотечественнике физике Генрихе Густаве Магнусе (1802-1870), который в 1852 году доказал,<br />
что возникающая поперечная сила, действующая на тело, вращающееся в обтекающем<br />
его потоке жидкости или газа, направлена в сторону, где скорость потока и вращение тела<br />
совпадают (рис.1).<br />
Наличие такого эффекта Магнус подтвердил позже на опыте с весами. На одну из их<br />
чаш клали горизонтально цилиндр с подключенным к нему моторчиком, а на другую -<br />
уравновешивавшие гири. Цилиндр обдували воздухом, но, пока не включали моторчик, он<br />
оставался неподвижным и равновесие весов не нарушалось.<br />
82<br />
Рис.1. Эффект Магнуса<br />
Однако стоило лишь запустить моторчик и тем самым заставить цилиндр вращаться,<br />
как чаша, где он находился, или поднималась, или опускалась - в зависимости от того, в ка-
ком направлении шло вращение. Этим опытом ученый установил: если на вращаемый цилиндр<br />
набегает поток воздуха, то скорости потока и вращения по одну сторону цилиндра<br />
складываются, по другую же - вычитаются. А поскольку большим скоростям соответствуют<br />
меньшие давления, на вращаемом цилиндре, помещенном в поток воздуха, возникает движущая<br />
сила, перпендикулярная потоку. Ее можно увеличивать или уменьшать, если крутить<br />
цилиндр быстрее или медленнее. Именно опыты Магнуса и навели Флеттнера на мысль заменить<br />
парус на судне вращающимся цилиндром. Но сразу же возникли сомнения. Ведь на<br />
большом судне такие роторы будут выглядеть огромными башнями высотой 20-25 м, которые<br />
в шторм создадут колоссальную опасность для судна. На эти вопросы требовалось ответить,<br />
и Флеттнер начал свои исследования.<br />
Их результаты сводились к следующему. Если на поверхность вращающегося ротора<br />
воздействует ветер, скорость последнего изменяется. Там, где поверхность движется навстречу<br />
ветру, его скорость уменьшается, а давление увеличивается. С противоположной же<br />
стороны ротора скорость воздушного потока, наоборот, увеличивается, а давление падает.<br />
Полученная разность давлений и создает движущую силу, которую можно использовать для<br />
перемещения судна.<br />
Но самым удивительным в исследованиях Флеттнера было другое. Оказалось, что возникающая<br />
движущая сила была во много раз больше, чем давление ветра на неподвижный<br />
ротор. Расчеты показали: используемая энергия ветра примерно в 50 раз превышала ту, что<br />
затрачивалась на вращение ротора, и зависела от частоты его вращения и скорости ветра.<br />
Выяснилось также и еще одно важное обстоятельство - возможность плавания роторного<br />
судна против ветра переменными курсами (галсами), близкими к линии ветра. Другими словами,<br />
для такого судна оставались действительными те естественные законы плавания, которыми<br />
пользовались обычные парусники. Но при этом его перспективы оценивались просто<br />
блестяще, поскольку площадь ротора по отношению к площади парусов обычного парусника,<br />
сравнимого по водоизмещению с роторным судном, составляла лишь 0,1-0,15 процента, а его<br />
(ротора) масса была примерно в 5 раз меньше, чем суммарная масса парусного вооружения.<br />
Естественно, что одна часть усилий, полученных за счет вращения цилиндра, затрачивается<br />
на создание дрейфа (смещения идущего корабля с линии курса), а другая - на движение<br />
судна вперед.<br />
Продувка в аэродинамической трубе показала: эту движущую силу можно увеличить<br />
почти в 2 раза, если накрыть сверху цилиндр диском (в виде плоской тарелки), диаметр которого<br />
больше, чем диаметр самого цилиндра. Кроме того, важно было найти нужные соотношения<br />
между скоростью ветра и угловой скоростью вращения ротора. От этого зависит<br />
величина силы, вызываемой вращением; потому-то сначала роторы испытывались в аэродинамической<br />
трубе и потом уже на модели судна. Эксперимент позволил установить их оптимальные<br />
размеры для опытного судна, а за необычным движителем с тех пор закрепилось<br />
название "ротор Флеттнера".<br />
В качестве первого опытного судна для его испытания использовали видавшую виды<br />
трехмачтовую шхуну "Букау" водоизмещением 980 т. В 1924 году на ней вместо трех мачт<br />
поставили два ротора-цилиндра высотой 13,1 м и диаметром 1,5 м. Их приводили в движение<br />
два электромотора постоянного тока напряжением 220 В. Электроэнергию вырабатывал небольшой<br />
дизель-генератор мощностью 33 кВт (45 л.с.).<br />
Испытания начались на Балтике и закончились удачно. В феврале 1925 года судно покинуло<br />
"вольный город Данциг", направляясь в Англию. В Северном море "Букау" пришлось<br />
бороться с сильным волнением, но шхуна за счет правильной перебалластировки раскачивалась<br />
меньше, чем обычные корабли. Опасения, что тяжелые роторы отрицательно подействуют<br />
на остойчивость судна или сами пострадают во время качки, не оправдались , давление<br />
ветра на их поверхности не достигло больших величин. В то же время погода была настолько<br />
скверной, что многие суда такого же водоизмещения, как и "Букау", искали убежища в близлежащих<br />
портах. "Ни один парусник не мог бы совершить плавания, которое проделала роторная<br />
шхуна", - писали английские газеты.<br />
83
Обратный переход в Куксхафен тоже сопровождался штормами. На этот раз "Букау"<br />
нагрузили углем по ватерлинию, и она еще раз показала свои преимущества перед другими<br />
парусниками. Волны перекатыва лись через палубу и разбили спасательную шлюпку, но сами<br />
роторы никаких повреждений не получили. Впоследствии шхуну переименовали в "Баден-Баден"<br />
и она совершила еще одно трудное плавание: перенеся жестокий шторм в Бискайском<br />
заливе, пересекла Атлантический океан и благополучно прибыла в Нью-Йорк.<br />
Роторный движитель получил высокую оценку. Он оказался проще в обслуживании,<br />
чем обычные паруса, быстро входил в рабочий режим, и поэтому испытания решили продолжить.<br />
В 1924 году на верфи акционерного общества "Везер" (Германия) было заложено<br />
первое судно, спроектированное специально для плавания с роторным движителем. Его назвали<br />
"Барбара" и предназначили для перевозки фруктов из портов Южной Америки в Германию.<br />
При длине 85, ширине 15,2 и осадке 5,4 м судно имело грузовместимость около 3000<br />
т. По первоначальному проекту на нем предполагалось поставить один гигантский ротор высотой<br />
90 м и диаметром 13,1 м, но затем, учитывая опыт шхуны "Букау", ротор-колосс заменили<br />
тремя, меньшего размера - высотой 17 м и диаметром 4 м. Их изготовили из алюминиевых<br />
сплавов со стенками толщиной несколько больше миллиметра. Для каждого ротора<br />
предназначался один мотор мощностью 26 кВт (35 л.с.), развивающий 150 об/мин. При ветре 5<br />
баллов (8-11 м/с) благоприятного направления (курсовой угол 105-110 градусов) тяга роторных<br />
движителей была эквивалентна работе двигателя мощностью 780 кВт (1060 л.с.). Кроме<br />
того, одновальная дизельная установка мощностью 750 кВт (1020 л.с.) с приводом на гребной<br />
винт дополняла тягу ротора, что позволяло судну идти со скоростью 10 узлов (18,5 км/ч).<br />
Являясь, по существу, парусниками, роторные суда обладали перед ними колоссальными<br />
преимуществами. Отпадала необходимость вызывать команду на палубу для уборки и постановки<br />
парусов; всего один офицер (на мостике) управлялся с движением роторов при помощи<br />
нескольких рукояток. В бейдевинд (против ветра) эти суда шли до 30 градусов, тогда<br />
как у большинства обычных парусников угол между направлением ветра и направлением<br />
движения составляет не менее 40-50 градусов. Скорость хода регулировалась скоростью<br />
вращения роторов, а маневрирование - изменением направления их вращения. Роторные суда<br />
могли даже давать задний ход.<br />
Однако сложность конструкции роторных движителей, а главное - то обстоятельство,<br />
что оснащенные ими суда продолжали оставаться парусниками со всеми недостатками, первый<br />
из которых - полная зависимость от ветра, не привели к их широкому распространению.<br />
Тем не менее, конструкторы вновь и вновь возвращались к идее использования энергии<br />
ветра. В середине 60-х годов ХХ века во многих морских странах были созданы специальные<br />
конструкторские бюро, которые занимались проблемой ветродвижения, то есть движения<br />
судна с помощью ветродвигателей и ветродвижителей. В первом случае преобразование<br />
энергии ветра в тягу происходит по цепочке: ветродвигатель - передача (механическая или<br />
электрическая) - гребной винт. По конструкции различают ветродвигатели с горизонтальной<br />
осью вращения (1-, 2-, 3- или многолопастная турбина) и с вертикальной, например турбина<br />
барабанного типа; по скорости вращения - быстроходные, имеющие высокую скорость вращения<br />
(хорошо сочетаются с электрогенераторами по частоте вращения), и тихоходные, создающие<br />
большой вращающий момент непосредственно на гребной винт. При использовании<br />
ветродвигателя судно не ограничено в выборе курса относительно направления ветра, однако<br />
он, ветродвигатель, имеет малый кпд по причине многократного преобразования энергии.<br />
Опытные ветродвигатели различных конструкций были успешно испытаны на яхтах. Однако<br />
на больших транспортных судах они не используются даже в качестве приводов электрогенераторов,<br />
хотя эксперименты в этом направлении продолжаются.<br />
Во втором же случае сила тяги, влекущая судно, возникает непосредственно на ветродвижителе,<br />
но плавание прямо против ветра и в некотором диапазоне курсовых углов вблизи<br />
этого направления невозможно; скорости таких судов зависят от скорости ветра и сравнительно<br />
невелики - 7-10 узлов (13-18,5 км/ч). К основным типам ветродвижителей относятся<br />
уже известный нам роторный Флеттнера, парус-крыло и классический парус, который до сих<br />
84
пор продолжают совершенствовать, причем по линии создания новейших материалов. Появились<br />
немнущийся лавсан и термоустойчивый нитрон, материалы из пластмасс и синтетических<br />
волокон, отличающиеся повышенной прочностью и легкостью. Именно они используются<br />
для современных судов с парусным движителем.<br />
Особенно серьезно к разработке ветродвижителей и ветродвигателей относятся в тех<br />
странах, где природные запасы нефти ограничены или вообще отсутствуют. Так, в Японии<br />
только за период 1980-1986 годов вошли в строй 10 судов, имеющих кроме механического и<br />
ветровой движитель. Типичный их представитель - прибрежный танкер "Шин Эйтоку Мару"<br />
водоизмещением 1600 т, спущенный на воду в июле 1980 года компанией "Имамура Шипбилдинг".<br />
Основные его размеры: длина - 66, ширина - 10,6, осадка - 4,4 м. Оснащен двумя<br />
парусами площадью по 97 м 2 каждый и двигателем мощностью 1177 кВт (1600 л.с.). Средняя<br />
скорость танкера - 12 узлов (22 км/ч). Время, которое он проходит под парусами за год, составляет<br />
15 процентов от общего.<br />
Высшим достижением в строительстве судов по схеме "механический двигатель плюс<br />
ветровой движитель" стало японское судно "Усики Пионер". При водоизмещении 26 тыс. т<br />
оно имеет длину 162,4, ширину 25,2 и осадку 10,6 м, два главных двигателя мощностью по<br />
2427 кВт (3300 л.с.) и два паруса по 320 м 2 каждый. При комбинированном использовании<br />
парусов и одного из двигателей судно может идти со средней скоростью 13,5 узла (25 км/ч).<br />
Управление ветровым движителем осуществляется по командам ЭВМ.<br />
Многоцелевые и довольно дорогие испытания вариантов парусного вооружения были<br />
проведены в 1985 году польскими учеными и конструкторами. На 50-метровом опытном<br />
судне "Океания" водоизмещением 550 т установили три мачты из прочного и легкого сплава<br />
с прямыми парусами общей площадью 700 м 2 . Их ставили и убирали с помощью гидравлических<br />
приводов и с использованием специальных снастей из сверхпрочного синтетического<br />
материала - кевлара. При усилении ветра площадь парусов уменьшалась, а при ветре более<br />
25 м/с они складывались в виде коробов вокруг мачты.<br />
Новые паруса потребовали и более современного крепления и уборки. Разработано несколько<br />
конструкций мачт, и в каждой есть свои "изюминки". Так, одни мачты установлены<br />
на поворачивающихся платформах, а паруса выдвигаются из рей и втягиваются внутрь их,<br />
словно полотно киноэкрана. А польский изобретатель А. Боровский из Щецина еще в 1977<br />
году получил патент на мачту, которая состоит из множества металлических трубок, связанных<br />
в одно целое тонкой внешней оболочкой из сверхпрочного синтетического материала.<br />
Такая конструкция легче обычной и не уступает ей в прочности.<br />
Паруса новых видов разработаны и для спортивных судов. В частности, уже нашел<br />
применение новый движитель - парус-крыло. Он выполнен в виде жесткого паруса, аналогичного<br />
по конструкции крылу планера или самолета, но имеющего симметричный профиль<br />
поперечного сечения.<br />
Сегодня существует достаточно много различных проектов ветродвижителей и ветродвигателей,<br />
как реализованных, так и находящихся на стадии разработок. Есть из чего выбирать,<br />
однако специалисты пришли к выводу, что наиболее целесообразным вариантом является<br />
установка на морских и речных судах ветродвижителя как дополнения к основному механическому<br />
двигателю. Это даст 25-30 процентов экономии топлива и обеспечит судам<br />
вполне приемлемую скорость в 16 узлов, а кроме того, позволит вместо мощной энергетической<br />
установки применять сравнительно небольшую. И еще одно обязательное условие: использование<br />
всех новых видов парусных движителей требует широкого внедрения компьютеров.<br />
Только быстродействующая вычислительная техника может учесть все параметры,<br />
влияющие на движение корабля, и этим повысить безопасность его плавания.<br />
5<br />
Литература<br />
1. Сборник научных трудов «Ветродвижение и ветроэнергетика транспортных судов».<br />
2. Дыгало В.В. На крыльях белых парусов. // Наука и жизнь, 2004. - № 7. - С. 12-18.<br />
85
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ<br />
ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВКЛАДЫШЕЙ<br />
ПОДШИПНИКОВ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ<br />
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ<br />
Крайнова Мария Геннадьевна<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />
Технологическое обеспечение надежности при восстановлении и изготовлении вкладышей<br />
подшипников судовых дизелей заключается в определении требуемых параметров<br />
качества антифрикционного слоя и проектировании технологического процесса (ТП), позволяющего<br />
получить их. Параметры качества поверхностного слоя обусловлены как технологическими<br />
возможностями применяемых методов нанесения покрытия, сопутствующего или<br />
последующего упрочнения и т.п., так и параметрами всего ТП. Физико-механическое и<br />
структурное состояние поверхностного слоя антифрикционного материала является решающим<br />
в обеспечении заданной надежности вкладыша и должно обеспечить быструю адаптацию<br />
рабочих поверхностей к имеющимся в сопряжении видам изнашивания и требуемую<br />
усталостную прочность антифрикционного слоя. При этом каждый ТП при использовании<br />
определенных материалов обладает ограниченным ресурсом положительных свойств.<br />
Управление этим ресурсом осуществляется как на этапе проектирования, так и во время ТП:<br />
операционный и окончательный контроль параметров качества, режимов технологических<br />
операций и т.п.<br />
Проектирование ТП восстановления вкладышей подшипников включает следующие этапы:<br />
1) определение конструктивных, технических, триботехнических и т.п. требований к<br />
вкладышу, обеспечивающих заданную долговечность узла, в зависимости от условий эксплуатации<br />
(приведены в работе [1]);<br />
2) выбор или разработка антифрикционных материалов для различных слоев (промежуточных,<br />
рабочих, приработочных и т.п.) и конструктивных особенностей вкладыша (количество,<br />
размеры различных слоев и т.п.), обеспечивающих получение требуемых механических<br />
и триботехнических свойств;<br />
3) выбор методов нанесения покрытия различных слоев на основании критериев долговечности<br />
конструкции и технико-экономического анализа;<br />
4) выбор технологического оборудования, которое способно обеспечить заданные параметры<br />
качества антифрикционного покрытия;<br />
5) выбор области оптимальных параметров режима при различных операциях ТП: нанесения<br />
покрытия, механической и упрочняющей обработок и т.д..<br />
Долговечность работы подшипникового узла обеспечивается прежде всего износостойкостью<br />
его составляющих деталей, т.к. при износе деталей изменяются их геометрия и зазоры<br />
и, как следствие этого, гидродинамические характеристики. Наиболее износостойким материалом<br />
в условиях высоких нагрузок (свыше 35 МПа) можно считать алюминиевые сплавы<br />
АО6 и АО20.<br />
Наиболее перспективным для нанесения антифрикционного слоя на вкладыши при их<br />
изготовлении и восстановлении является плазменный способ благодаря его универсальности,<br />
возможности полной автоматизации процесса и минимальному загрязнению экологической<br />
среды. Причем усталостная прочность напыленных алюминиевых сплавов и баббитов выше,<br />
чем литых, а коэффициент трения ниже [1].<br />
Долговечность вкладышей определяется как износостойкостью, так и усталостной<br />
прочностью антифрикционного материала, т.е. его физико-механическими и триботехническими<br />
свойствами, а также структурой и фазовым составом.<br />
Основные характеристики покрытий при напылении (адгезионная, когезионная, уста-<br />
86
лостная прочности, износостойкость и др.) определяются химическим составом и структурой<br />
материалов, технологическими факторами.<br />
Для обеспечения требуемого ресурса вкладышей подшипников при их восстановлении<br />
или изготовлении методом плазменного напыления антифрикционного слоя необходимо<br />
знать: какие физико-механические и триботехническими свойства, а также типы структур позволяют<br />
получить требуемую износостойкость и усталостную прочность, а также в каких пределах<br />
они могут изменяться и как их обеспечить в проектируемом ТП.<br />
Установлено, что доминирующее влияние на износостойкость напыленных алюминиевых<br />
сплавов оказывает когезионная прочность покрытия. С увеличением когезионной прочности износ<br />
покрытия уменьшается, поэтому при нанесении покрытия необходимо выбирать оборудование и<br />
параметры режима, обеспечивающие наибольшую когезионную прочность. Особенность структуры<br />
напыленных покрытий состоит в том, что напыленный слой пористый и состоит из совокупности<br />
деформированных частиц. Поскольку прочность тела напыленных частиц превышает прочность<br />
их сцепления, то прочность покрытия характеризуется когезионной прочностью.<br />
Усталостная прочность напыленных покрытий зависит от их когезионной прочности,<br />
которая зависит как от микроструктуры слоя, так и от прочности соединения между частицами.<br />
Причем микроструктура в большей степени влияет на усталостную прочность: с<br />
уменьшением толщины частицы в покрытии работа разрушения при распространении трещины<br />
в радиальном направлении возрастает и может быть больше работы разрушения литого<br />
материала того же химического состава. В этом случае в напыленном слое более вероятным<br />
становится образование не радиальных, а тангенциальных трещин, т.е. отслаивание материала<br />
по границам частиц. Предотвратить отслаивание можно при уменьшении работы<br />
тангенциальных сил, т.е. уменьшением коэффициента трения или увеличением когезионной<br />
прочности. Усталостная долговечность напыленных покрытий в значительной степени зависит<br />
от их когезионной прочности (рис. 1).<br />
Рис. 1. Зависимость долговечности покрытий системы Al–Sn–Cu от когезонной прочности<br />
Для увеличения предела выносливости сплава АО20 на основе проведенных исследований<br />
была разработана схема раздельной подачи сплава АО6 и олова в количестве 12–14% в плазменную<br />
струю. Такая подача порошков обеспечивает равномерное распределение зерен олова в<br />
матрице сплава АО6 благодаря тому, что олово нерастворимо в алюминии. При этом механические<br />
свойства близки к свойствам АО6 — предел выносливости возрастает на 10 МПа, когезионная<br />
прочность на 9%, а триботехнические — выше чем у сплава АО20 — коэффициент трения<br />
снижается на 12–20%, нагрузка схватывания возрастает на 13,3–16,7% [2].<br />
Установлено, что применение тонкого свинцового покрытия на сплав АО20 позволяет<br />
существенно снизить коэффициент трения и повысить износостойкость. Если при напылении<br />
при раздельной подаче составляющих сплава часть олова (например, 5–7%) заменить<br />
свинцом, это позволит повысить долговечность вкладышей. Состав для напылении будет<br />
следующего состава АО6 + (7–9%)Sn + (5–7%)Pb.<br />
87
Таким образом, применение плазменного напыления сплавами на алюминиевой основе<br />
с раздельной подачей составляющих сплава АО6 + (7–9%)Sn + (5–7%)Pb при восстановления<br />
или изготовления вкладышей подшипников судовых двигателей является весьма перспективным.<br />
Однако для разработки технологии восстановления или изготовления вкладышей<br />
подшипников двигателей с использованием плазменного напыления надо провести триботехнические<br />
испытания таких покрытий, а также подконтрольную эксплуатацию опытной<br />
партии вкладышей на судовом двигателе для определения их надежности.<br />
Литература<br />
1. Леонтьев Л.Б. Восстановление и изготовление вкладышей подшипников судовых дизелей: проблемы<br />
и перспективы / Л.Б. Леонтьев, С.В. Бровченко, Н.А. Митюк, В.Б. Хмелевская. // Транспортное дело<br />
России. Спецвыпуск №2, 2004. - С. 67–72.<br />
2. Леонтьев Л.Б. Конструктивно-технологическое обеспечение надежности подшипников коленчатых<br />
валов судовых дизелей. – Владивосток: МГУ, 2008. - 122 с.<br />
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ<br />
ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ<br />
СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ<br />
Леонтьев Андрей Львович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />
Экономичность и надежность судовых дизелей в значительной степени зависит от технического<br />
состояния топливной аппаратуры (ТА). При эксплуатации дизелей происходит износ<br />
прецизионных пар (ТА): плунжер – втулка топливного насоса и игла – корпус распылителя<br />
форсунки. Износ этих деталей приводит к увеличению зазоров в сопряжении, а следовательно,<br />
к потере гидроплотности. Анализ технической информации показал, что 70–90% судовых<br />
дизелей имеют заниженную мощность при повышенном удельном расходе топлива<br />
из-за нестабильной работы ТА, что приводит к значительному перерасходу топлива [1]. Основными<br />
причинами увеличения зазора в прецизионных парах ТА являются гидроабразивное<br />
и гидроэрозионное изнашивание. Наиболее интенсивный износ наблюдается в первый период<br />
работы в результате приработки деталей, когда устраняется несоответствие выполненных<br />
значений геометрических отклонений формы и расположения прецизионных поверхностей<br />
зазору между ними, далее интенсивность износа уменьшается. После 8–10 тыс. ч работы дизеля<br />
диаметральный зазор в плунжерной паре в среднем увеличивается для среднеоборотных<br />
дизелей на 6–10 мкм, для малооборотных дизелей на 10–15 мкм, а в прецизионном сопряжении<br />
распылителя – на 3–8 мкм, в зависимости от типоразмера и применяемого топлива. Нередко<br />
распылители и плунжерные пары выходят из строя из-за завышенных зазоров при их<br />
изготовлении через 100–200 ч работы из-за потери гидроплотности.<br />
Анализ долговечности плунжерных пар позволил установить, что низкий ресурс некоторых<br />
пар обусловлен пониженной твердостью как плунжера, так и втулки. Прецизионные<br />
детали ТА изготавливают из легированной инструментальной стали ХВГ или ее заменителей<br />
ШХ15 и 18Х2Н4МА, которые подвергают закалке на высокую твердость 62–65 HRC э . Твердость<br />
сопрягающихся цилиндрических поверхностей плунжеров, работающих на тяжелых<br />
сортах топлива (например, флотском мазуте), в районе отсечных кромок снижается в процессе<br />
эксплуатации на 6–8 ед. HRC по сравнению с остальной рабочей поверхностью и составляет<br />
56–58 HRC э , что приводит к повышенному износу плунжера в данном районе. Кроме<br />
того, в эксплуатации встречаются плунжера с твердостью прецизионной поверхности все-<br />
88
го 46–50 HRC э , что значительно ниже регламентированной твердости, которая должна быть<br />
не менее 55 HRC э . При этом твердость втулок также снижена и составляет 49-57 HRC э .<br />
Износостойкость деталей, работающих в условиях гидроабразивного и гидроэрозионного<br />
изнашивания, в значительной степени зависит от их поверхностной твердости. В настоящее<br />
время для восстановления прецизионных поверхностей охватывающих деталей ТА<br />
наиболее широкое применение получило хромирование [2]. Однако это покрытие склонно к<br />
растрескиванию под действием циклических механических и тепловых нагрузок и требует<br />
дополнительных технологических операций для предотвращения повышенного износа<br />
cопряженных поверхностей деталей на стадии приработки.<br />
Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости и долговечности<br />
узлов трения дизелей является применение покрытий на основе природных материалов<br />
геологического происхождения (геоматериалов) на основе силикатов. Технологии<br />
нанесения геоматериалов на поверхности трибоузлов позволяют решить следующие задачи:<br />
повышения ресурса, снижения коэффициент трения и механических потерь; ускоренной<br />
приработки сопряженных поверхностей. В результате насыщения поверхностных слоев трибоузлов<br />
минеральными материалами (чаще всего применяются серпентиниты), обладающими<br />
высокой термодинамической устойчивостью, на поверхностях трения создается специфический<br />
микрорельеф с высокими маслоудерживающими свойствами. Благодаря этому улучшается<br />
работа трибоузла на режимах трения при граничной и смешанной смазке, и, соответственно,<br />
повышается его ресурс. Для восстановления прецизионных поверхностей охватываемых<br />
деталей ТА представляет интерес композиционное покрытие: первый слой – хром,<br />
второй – геоматериал. Такое покрытие обладает высокой износостойкостью, хорошей прирабатываемостью<br />
и задиростойкостью.<br />
Долговечность прецизионной пары зависит от структурно-механических свойств сопряженных<br />
поверхностей и топлива (легкое, тяжелое). Непосредственно на долговечность<br />
поверхностного слоя влияют его геометрические параметры (макро- и микронеровности),<br />
физико-механические свойства (твердость, величина остаточных напряжений, температурный<br />
коэффициент линейного расширения, смачиваемость топливом и т.д.) и структурные<br />
характеристики (фазовый состав, способность к образованию вторичных структур и т.д.). В<br />
зависимости от вида топлива и необходимой величины износостойкого покрытия оптимальным<br />
будет определенный набор свойств поверхностного слоя, соответствующий оптимальным<br />
эксплуатационным характеристикам: износостойкости, несущей способности, надежности.<br />
Отыскание оптимального поверхностного слоя — оптимизационная задача. Многовариантность<br />
возможных решений не позволяет указать короткий рациональный путь нахождения<br />
действительно оптимального поверхностного слоя. Ограничимся рядом рекомендаций.<br />
Рабочий слой, непосредственно воспринимающий силы трения, нельзя рассматривать изолированно<br />
от сердцевины (материала тела детали), т.к. только сочетание их свойств дает оптимальные<br />
показатели долговечности пары трения. В общем случае износостойкое покрытие<br />
должно состоять из нескольких основных прослоек, имеющих специфические структуры,<br />
отвечающие их функциональным задачам. В условиях трения прецизионных деталей оптимальной<br />
несущей способностью будет обладать износостойкое покрытие, для которого эпюра<br />
распределения твердости по глубине представлена на рис. 1.<br />
На поверхности находится приработочный слой 1, удаляемый с микронеровностями в<br />
период приработки. Структура этого слоя допускает его быстрое изнашивание, слой имеет<br />
меньшую твердость, чем нижележащие слои, толщина слоя соизмерима с высотой микронеровностей.<br />
Слой 1 служит для компенсации неточностей макро- и микрогеометрии, погрешностей<br />
сборки и монтажа. В результате изнашивания приработочного слоя 1 достигаются<br />
достаточная контурная площадь контактирования и приемлемая эксплуатационная шероховатость<br />
на пятнах контакта. Слой 1 опирается на слои высокой твердости и достаточной пластичности,<br />
обладающие большой износостойкостью, контактной выносливостью и противозадирной<br />
стойкостью. В зависимости от необходимой толщины покрытия толщина этих слоев<br />
может колебаться от 3 мкм до 150 мкм.<br />
89
Рис. 1. Структура поверхностного износостойкого покрытия: 1 – приработочный слой;<br />
2 – износостойкий (упрочняющий) слой; 3 – переходный слой; 4 – серцевина (основа) детали.<br />
Твердый слой 2 постепенно переходит в структуру сердцевины 4, которая настолько<br />
прочна, что твердый слой не продавливается под нагрузкой, и достаточно пластична, что необходимо<br />
в большей степени для иглы распылителя по условиям эксплуатации.<br />
При восстановлении плунжерных пар толщина хромового покрытия в большинстве<br />
случаев находится в пределах 3–15 мкм. Исследованиями установлено, что микротвердость<br />
покрытия в зависимости от параметров нанесения (температура электролита, плотность тока)<br />
находится в широких пределах 880–1116 МПа.<br />
После нанесения износостойкого слоя хрома наносили более мягкий поверхностный<br />
(приработочный) слой серпентинита толщиной 3–5 мкм.<br />
Изучение триботехнических характеристик проводили согласно требованиям РД 50 –<br />
662 – 88 «Методические указания. Методы экспериментальной оценки фрикционной совместимости<br />
материалов трущихся сопряжений» и осуществляли на машине трения СМЦ-2 по<br />
схеме «диск – колодка». Покрытие наносили на диск из стали ХВГ, материал колодки – сталь<br />
ХВГ. Проведенные сравнительные исследования показали, что покрытие хромом незначительно<br />
уменьшает коэффициент трения (в среднем на 10 %), однако интенсивность изнашивания<br />
снижается в 1,2–1,5 раза.<br />
При наличии на наружной поверхности слоя геоматериала коэффициент трения снижается<br />
в 2 и более раз, при этом интенсивность изнашивания уменьшается в 2,5–3,0 раза за счет<br />
уменьшения износа как диска, так и сопряженной детали (колодки). После приработки наблюдается<br />
модифицирование сопряженной поверхности трения (колодки), на ней образуется<br />
металлокерамический слой толщиной до 3 мкм за счет энергии, образующейся при трении.<br />
Благодаря наличию на одной из поверхностей геоматериала существенно повышаются противозадирные<br />
свойства сопряжения и долговечность.<br />
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения для<br />
условий трения, характерных для прецизионных деталей (плунжерная пара и игла–корпус<br />
распылителя форсунки), композиционных износостойких покрытий. Модифицирование<br />
сопряженных поверхностей узла трения после нанесения слоя геоматериала на одну из деталей<br />
приводит к существенному уменьшению параметров шероховатости и коэффициента<br />
трения, и как следствие – к снижению энергетического уровня контактного взаимодействия<br />
трущихся поверхностей. Все эти положительные изменения триботехнических характеристик<br />
сопряжения позволяют говорить о перспективности использования данной технологии<br />
для повышения долговечности деталей узлов трения. Для выбора оптимальных параметров<br />
нанесения хромового покрытия, толщин покрытий, метода нанесения геоматериала необходимо<br />
провести лабораторные испытания для определения износостойкости различных<br />
90
композиций и ускоренные стендовые испытания прецизионных деталей для определения<br />
их долговечности.<br />
Учитывая огромные возможности, которые дают композиционные покрытия для узлов<br />
трения, в ближайшем будущем эта технология займет доминирующее положение в различных<br />
машиностроительных и ремонтных отраслях.<br />
Литература<br />
1. Фомин Ю.Я., Никонов Г.В., Ивановский В.Г. Топливная аппаратура дизелей. Справочник. – М.: Машиностроение,<br />
1982. – 168 с.<br />
2. Леонтьев Л.В., Лагоша В.В. Восстановление и упрочнение прецизионных деталей топливной аппаратуры<br />
дизелей нанесением износостойких покрытий // Проблемы транспорта Дальнего Востока. Материалы<br />
5-ой Международ. научно-практич. конферен., 2003, Владивосток: ДВО Академии транспорта<br />
РФ. С. 455–460.<br />
ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,<br />
МЕХАНИЗМОВ И ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ<br />
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ<br />
Пщебильский Алексей Сергеевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />
Привлечение в страну бывших в употреблении машин, оборудования для малого бизнеса,<br />
а также старение оборудования на предприятиях практически всех отраслей народного<br />
хозяйства выявило ряд проблем перед их владельцами. Основная часть проблем связана с<br />
износом поверхностей трения трибоузлов, элементов уплотнительных устройств и др. Как<br />
известно в трибоузлах расположены наиболее быстро изнашиваемые элементы пар трения -<br />
втулки, поршни, вкладыши, уплотнительные кольца и т.д. Потребность в этих изделиях в настоящее<br />
время огромная, а централизованная поставка их через различные фирмы насыщает<br />
рынок примерно на 12–15%, а остальная часть удовлетворяется путем изготовления на различных<br />
ремонтных предприятиях.<br />
Известно, что только 1,5% стоимости от всех затрат на оборудование предприниматель<br />
тратит на покупку, а остальные, т.е. 98,5% на его ремонт и обслуживание. Однако изготавливать<br />
элементы опор трения для зарубежного технологического и судового оборудования и<br />
машин, бывших в употреблении, в условиях отечественных ремонтных предприятий не всегда<br />
удается из-за отсутствия необходимых конструкторской и технологической документации,<br />
а также производственной базы. Поэтому специалистам (технологам, ремонтникам) необходимо<br />
разрабатывать технологические процессы их восстановления и упрочнения для<br />
обеспечения заданной долговечности.<br />
Большинство отказавших деталей имеют износ в пределах 0,03–0,60 мм, поэтому применение<br />
наплавки нецелесообразно, так как при наплавке слой наносимого материала, как<br />
правило, превышает 2 мм, большая часть которого удаляется при последующей механической<br />
обработке. Кроме того, при наплавке образуются значительные остаточные напряжения,<br />
которые приводят к деформации деталей. Современные технологические процессы<br />
электролитического нанесения металлов позволяют наносить композиционные износостойкие<br />
покрытия толщиной до 2 мм, поэтому получают все более широкое применение в ремонтном<br />
производстве. В последние годы все большее распространение получают многофазные<br />
покрытия на основе хрома, железа и никеля [1], осажденные из гальванической ванны,<br />
включающей различные неметаллические частицы: алмазы, карбиды, бориды, оксиды,<br />
сульфиды и т.д. Дисперсные неметаллические частицы позволяют значительно повысить<br />
91
эксплуатационные характеристики покрытий, например, твердость, износо- и коррозионную<br />
стойкость [1, 2].<br />
При введении порошкообразных веществ в электролиты становится возможным совместное<br />
осаждение металла и находящихся в растворе частиц, т.е. формирование композиционных<br />
покрытий, имеющих сравнительно мягкую матрицу и твердые включения, что позволяет<br />
улучшить механические и триботехнические свойства (твердость, износостойкость, снизить<br />
коэффициент трения и т.д.).<br />
В процессе образования композиционных покрытий можно выделить три фазы (стадии):<br />
встреча частиц с катодной поверхностью; адгезия частиц на этой поверхности; зарастание<br />
частиц, оказывающихся на поверхности катода (покрываемой детали). Первая стадия<br />
осуществляется вследствие перемешивания, электрофоритического переноса, диффузии,<br />
броуновского движения, естественной и искусственной седиментации частиц. На второй<br />
стадии процесса удержание частиц на поверхности происходит под действием электростатических,<br />
адсорбционных или гравитационных сил. При зарастании частицы металлом матрицы<br />
определяющую роль играют скорость роста и структура поверхности растущего осадка.<br />
Количество дисперсных частиц, включающихся в покрытие, сложным образом зависит<br />
от совокупного действия факторов, обуславливающих ход процесса осаждения композиционных<br />
покрытий, а также от природы самих частиц. По своей структуре композиционные<br />
покрытия отличаются равномерным распределением частиц дисперсной фазы в металлической<br />
матрице.<br />
Особый интерес в качестве модификаторов композиционных гальванических покрытий<br />
представляют геоматериалы, которые позволяют одновременно обеспечить комплекс высоких<br />
эксплуатационных характеристик деталей с композиционным покрытием. Дисперсность<br />
первичных микрокристаллитов геоматериала составляет 1–10 мкм. Композиционное покрытие<br />
получают электролитическим осаждением из суспензии, представляющей собой хлористый<br />
электролит с добавкой определенного количества дисперсного наполнителя.<br />
Электролитическое железнение является одним из наиболее распространенных гальванических<br />
процессов. Процесс железнения нашел широкое применение для восстановления<br />
изношенных деталей различного оборудования [2]. По сравнению с хромированием железнение<br />
имеет ряд преимуществ.<br />
1. Скорость осаждения железа значительно выше, чем хрома, так как электрохимический<br />
эквивалент железа (1,042 г/А·ч) примерно в 3 раза больше, чем у хрома (0,324 г/А·ч).<br />
2. Выход по току железа (80–95%) в 3–6 раз выше, чем хрома.<br />
3. Можно получать толстые (более 1 мм) качественные покрытия с высокими механическими<br />
свойствами.<br />
4. исходные материалы для приготовления электролитов недороги и общедоступны.<br />
5. Растворы в экологическом отношении значительно менее вредны, чем при хромировании.<br />
Электролитическое железо обладает сравнительно высокой микротвердостью (1200–<br />
8000 МПа) и износостойкостью. В хлористом электролите можно получать гладкие или пористые<br />
железистые покрытия с микротвердостью 5500–6500 МПа в широком диапазоне<br />
плотностей тока.<br />
С целью улучшения триботехнических свойств электролитического железа актуальной<br />
задачей является разработка процесса нанесения композиционных железо-минеральных покрытий<br />
с применением серпентинита. В зависимости от состава электролита, количества<br />
серпентина и его дисперсности, толщины хромового подслоя и режимов нанесения (температура<br />
электролита, плотность тока) возможно получение композиционного покрытия с различными<br />
заданными свойствами. Применение искусственных гидросиликатов металлов<br />
(аналога серпентина) дисперсностью 3–5 нм позволят получить покрытие с наноструктурой.<br />
При этом возможно создание изделий с уникальным сочетанием свойств, недостижимых при<br />
использовании традиционных конструкционных материалов и стандартных гальванопокрытий.<br />
Наличие серпентина в покрытии позволит повысить износостойкость и уменьшить коэффициент<br />
трения и, соответственно, увеличить ресурс трибосопряжения.<br />
92
Таким образом, композиционные гальванические покрытия открывают огромные возможности<br />
для оптимизации физико-механических и триботехнических параметров материала покрытия<br />
и управления эксплуатационными свойствами поверхностного слоя деталей, обеспечивающими<br />
требуемую долговечность детали и сопряжения в целом, и найдут широчайшее применение<br />
при восстановлении и упрочнении деталей машин, механизмов и оборудования.<br />
Литература<br />
1. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. – М.: Машиностроение,<br />
1991. – 380 с.<br />
2. Левинзон А.М. Электролитическое осаждение металлов подгруппы железа. – Л.: Машиностроение,<br />
1983. – 96 с.<br />
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ ДВС<br />
ПРИ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИИ В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА<br />
«ДИЗЕЛЬ - ТОПЛИВО - МАСЛО - ОЧИСТКА»<br />
Пышный Михаил Григорьевич, Завадский Сергей Александрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />
pyshnyy86@mail.ru<br />
Исследуется влияние форсировки дизеля, качества топлива, эксплуатационных свойств<br />
моторного масла и интенсивности его очистки на изнашивание ДВС. Приводятся данные по рациональному<br />
сочетанию топлива и масел с учетом форсировки дизеля и удельного индекса центрифугирования<br />
моторного масла при которых обеспечивается ресурсосохраняющая эксплуатация<br />
судовых тронковых дизелей на топливах глубокой переработки нефти.<br />
Рациональное сочетание топлив и масел обеспечивает высокую экономичность дизеля, а<br />
также позволяет сохранить при работе на низкосортных мазутах его ресурсные показатели на<br />
уровне использования дизельного топлива. При выборе моторного масла (ММ) необходимо учитывать<br />
как конструктивные особенности, форсировку дизеля, так и качество применяемого топлива.<br />
Цель исследований предусматривала получение количественной оценки износных<br />
свойств унифицированных смазочных масел и разработка рекомендации по их применению в<br />
судовых тронковых дизелях, работающих на разных сортах топлива.<br />
Моторные свойства масла должны соответствовать форсировке дизеля и качеству используемого<br />
топлива. При оптимальном сочетании звеньев комплекса "дизель - топливо -<br />
масло - очистка" (ДТМО) снижается износ двигателя и в целом повышается надежность его<br />
работы.<br />
Оценку износных свойств отработанного масла и продуктов его старения осуществляли на<br />
моторном стенде в дизеле 2Ч10,5/13 (Р е = 14,7 кВт, п д = 25 с -1 ). Испытания проводили согласно<br />
ОСТ 24.060.09-89 при температуре масла 65-70°С на номинальной мощности этапами по 50 ч.<br />
93
Замер скорости изнашивание контролируемых деталей моторной установки осуществляли<br />
взвешиванием по потере их массы за этап испытаний и с помощью метода искусственных<br />
баз (приборы УПОИ-6 и УПОИВ-2). Оценку И проводили по скорости изнашивания<br />
втулок цилиндра, поршневых колец, вкладышей подшипников и шатунных шеек коленчатого<br />
вала двигателя 2Ч10,5/13.<br />
Применяемое топливо существенно влияет на износ дизеля. Оценку его качества задавали<br />
обобщенным показателем К т .<br />
94<br />
Рис.1. Влияние контенцрации присадки в масле (а), качества топлива (б), форсировки ДВС<br />
(в) и эффективности ЦО (г) на изнашивание дизеля<br />
Условия работы масла в дизеле определяются средним эффективным давлением р те дизеля<br />
на основном эксплуатационном режиме работы. Этот показатель косвенно характеризует<br />
механическую нагрузку, действующую в трибосопряжениях двигателя.
На изнашивание дизеля значительное влияние оказывает эффективность очистки ММ. Так<br />
как действие очистителей на состояние ММ зависит не только от их эффективности, но и от<br />
скорости загрязнения масла НРП целесообразно влияние центробежных очистителей (ЦО) на<br />
накопление нерастворимых примесей задавать удельным показателем σ ц , который представляет<br />
отношение индекса производительности центрифуги к скорости загрязнения масла.<br />
Описание обобщенной модели изнашивания ДВС осуществлено полиномом второго<br />
порядка. Для получения модели выбран некомпозиционный план, который при четырех переменных<br />
факторах рациональнее центральных композиционных.<br />
После расчета коэффициентов методом наименьших квадратов, их корректировки и<br />
представлении факторов в натуральном виде модель процесса изнашивания имеет вид:<br />
И = -16,91-1,417с п +42,88К т +122,9р mе -5,16σ ц -12,9с п К т -3,643с п р mе -<br />
0,41c п σ ц +33,12K т p mec -5,55K T σ ц -4,7p me σ ц +0,58c П 2 +144,5K T 2 +0,86σ ц 2 . (1)<br />
Анализ зависимости (1) показывает, что наибольшее влияние на И оказывает факторы<br />
К т и σ ц . Действие с П на износ двигателя проявляется при взаимодействии с фактором К т и отраженного<br />
коэффициентом при квадратичном его члене. Причем, если взаимодействие с<br />
фактором К т и p me увеличивает И, то совместное влияние К т с с П и σ ц снижает.<br />
Повышение концентрации присадок, которые улучшают эксплутационные свойства масла,<br />
уменьшает износ ДВС только до определенного значения с П При высоких концентрациях присадок,<br />
особенно при работе на дистиллятных топливах, износ увеличивается. Чем дефорсированнее<br />
двигатель тем ярче выражена такая тенденция (рис. 1). Это явление можно объяснить особенностями<br />
старения ММ. При низких р те и содержании серы в топливе зольность работающего циркуляционного<br />
масла стабилизируется на высоком уровне, при котором интенсифицируется изнашивание<br />
поршневых колец и цилиндровых втулок.<br />
Исследование функции (1) на экстремум показало, что существует концентрация присадок,<br />
обозначенная c opt , при которой скорость изнашивания минимальна. Оптимальная концентрация<br />
присадок зависит от качества применяемого топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки<br />
масла:<br />
с opt = -1,221 + 11,12К т +3,14p mе + 0,352 σ ц . (2)<br />
Из анализа зависимости (2) следует, что чем хуже топливо, больше форсировка дизеля и менее<br />
эффективна отчистка ММ, тем выше должно быть с opt и следовательно запас эксплуатационных<br />
свойств масла.<br />
Выводы<br />
В результате моторных испытаний с привлечением теории планирования экспериментов установлена<br />
зависимость скорости изнашивания ДВС от концентрации многофункциональных<br />
присадок в масле, качества топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки ММ. Выявлен<br />
экстремум функции И (с п , К T , р me ,, σ ц ), что указывает на необходимость при подборе масел учитывать<br />
форсировку дизеля, качество применяемых топлив, эффективность очистки. Полученная зависимость<br />
c opt от перечисленных выше факторов показывает возможность удовлетворения требований<br />
современных комплексов ДТМ унифицированными ММ с концентрацией присадок MACK и<br />
ПМС в диапазоне 6-24 %.<br />
Литература<br />
1. Перминов, Б.Н. Научно-технические основы эффективного маслоиспользования в судовых тронковых<br />
дизелях / Б.Н. Перминов. - Владивосток: Изд-во мор.гос.ун-та, 2005. - 78 с.<br />
2. Кича, Г.П. Теоретические исследования процесса загрязнения циркуляционного масла в ДВС с комбинированными<br />
системами очистки / Г.П. Кича, П.П. Кича // Двигателестроение. - 1980. - №12. -<br />
С.23−27.<br />
95
НОВЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ<br />
ЭФФЕКТИВНОСТИ МАСЛОИСПОЛЬЗОВАНИЯ<br />
В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ<br />
Пышный Михаил Григорьевич, Кулик Роман Анатолиевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />
В лаборатории химотологии Морского государственного университета им. адм. Г.И.<br />
Невельского был проведен комплекс исследований по совершенствованию смазки судовых<br />
тронковых дизелей средней и повышенной частоты вращения, эксплуатируемых на низкосортных<br />
топливах. Задачей исследования являлось обеспечить ресурсосберегающее маслоиспользование<br />
при работе дизелей на моторном топливе, флотских и топочных мазутах. Обследование<br />
СЭУ теплоходов дальневосточного бассейна показало, что большинство дизелей<br />
до сих пор эксплуатируется при достаточно высоком угаре масла и неэффективной очистке<br />
что не только ограничивает срок службы моторного масла, но и сказывается на состоянии<br />
двигателей. Из-за большого ассортимента горюче-смазочных материалов нередки случат неграмотного<br />
применения топлив и масел. Велики материальные потери от использования в<br />
двигателях внутреннего сгорания (ДВС) масел с низкими эксплуатационными свойствами изза<br />
легирования их морально устаревшими присадками.<br />
Разрабатывалась комплексная система повышения эффективности маслоиспользования<br />
на судах, способствующая рациональному применению и экономии расхода топлив и моторных<br />
масел (ММ) на судах. Решение проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования<br />
вылилось в комплексное повышение эффективности систем смазки (СС) судовых тронковых<br />
дизелей. Были выявлены характерные для существующих схем маслоиспользования противоречия<br />
и предложены методы их разрешения. Так же были проведены исследования по оптимальному<br />
балансу присадок антиокислительных, моюще-диспергирующих, противоизносных<br />
и антикоррозионных, в ММ с учетом перспектив совершенствования масел, очистителей<br />
и ухудшения качества товарных топлив.<br />
По результатам исследования сформулированы принципы и показаны способы полнопоточной<br />
и комбинированной очистки масла, наиболее полно реализующие достоинства<br />
фильтрования и центрифугирования. Предложены методы снижения угара масла регулированием<br />
маслосъемного действия поршневых колец и уменьшением поступления его в камеру<br />
сгорания. Были созданы методы управления качеством масла в эксплуатации, что способствовало<br />
обеспечению наименьшего его расхода масла в ДВС.<br />
Совершенствование маслоиспользования в судовых тронковых дизелях достигнуто за<br />
счет применения ММ с запасом качества, полностью отвечающим требованиям комплекса<br />
«дизель – эксплуатация – топливо – масло – очистка» (ДЭТМО) с хорошо сбалансированными<br />
противоизносными, нейтрализующими и моюще-диспергирующими свойствами. На основе<br />
многофункциональных присадок МАСК и ПМС с добавками сукцинимидов и модификаторов<br />
трения (МТ) разработаны композиции, которые улучшают моюще-диспергирующие<br />
и противоизносные свойства ММ в тяжелых условиях работы, особенно при функционировании<br />
форсированного дизеля с низким угаром и маслообменом.<br />
По результатам имитационного моделирования комплекса ДЭТМО получена зависимость<br />
изнашивания дизеля от его форсировки и качества применяемых топлив и масел. По<br />
ней можно выбрать унифицированное судовое ММ, отвечающее требованиям ДВС. Для дизелей<br />
с p me до 1 МПа при сжигании топлив с показателем качества К т = 0,6–1,2 рационально<br />
применение ММ с концентрацией присадок МАСК и ПМС 6–8 % при соотношении 3:2,<br />
уровне щелочности 6–10 мг КОН/г. При p me = 1–1,5 МПа и К т = 0,6–1,2 рассматриваемые показатели<br />
должны соответствовать 8–13 % и 10–20 мг КОН/г. Если же форсировка по p me равна<br />
1,5–2,2 МПа и К т = 1,3–1,8 наибольший технико-экономический эффект может быть полу-<br />
96
чен при работе на маслах со щелочностью 20–40 мг КОН/г при концентрации многофункциональных<br />
зольных присадок указанного типа 13–24 %.<br />
Моделирование взаимодействия МТ различного механизма действия с многофункциональными<br />
присадками и удаление их агрегатами масло очистки позволило ранжировать модификаторы<br />
по топливо- и ресурсосберегающему действию. Применение МТ приводит к положительному<br />
эффекту по всему спектру эксплуатационных свойств масла, что сказывается<br />
в снижении на 30–60 % износа цилиндровых втулок в верхнем поясе и на 3–12 г/(кВт⋅ч) расхода<br />
топлив, облегчает холодный пуск дизеля и уменьшает потери на трение.<br />
МТ при добавке к ММ не ухудшают их основных свойств, так как усиливают действие<br />
большинства присадок, в том числе многофункциональных, входящих в масла с высокими<br />
эксплуатационными свойствами. Модификаторы "выравнивают" эпюру износа цилиндровых<br />
втулок, стабилизируют угар масла на нижнем уровне в течение длительного периода и способствуют<br />
ресурсосберегающему маслоиспользованию в дизелях.<br />
Для реализации ресурсосберегающего маслоиспользования в судовых форсированных<br />
тронковых дизелях разработаны комбинированные системы тонкой очистки масла (КСТОМ).<br />
Новизна их заключаеться в последовательном соединении двух контуров очистки, использующих<br />
разные по принципу действия и избирательности отсева маслоочистители, а так же<br />
установке для надежной защиты пар трения дизеля от опасных крупных частиц загрязнения<br />
на полном потоке поступаемого в дизель масла фильтра со сменными фильтрующими элементами<br />
(ФЭ) или регенерирующегося типа. Предлагается подключать центробежный очиститель<br />
(ЦО) с напорным сливом в дополнительную магистраль с возможностью поддержания<br />
за счет подпорного клапана высокого давления масла перед соплами гидропривода ротора<br />
и, следовательно, фактора разделения ЦО при работе дизеля по винтовой характеристике.<br />
Подача на фильтр предварительно центрифугированного масла способствует снижению<br />
"грязевой" нагрузки на него и увеличения срока службы ФЭ. Для достижения минимальной<br />
интенсивности старения масла, на центрифуге используеться переливной клапан для автоматического<br />
регулирования потока через ротор. Поддержание постоянного давления ММ перед<br />
его потребителями достигается путем установки на основном насосе дроссельного распределителя<br />
с обратной связью.<br />
Для дизелей с высокой прокачкой масла через СС предложена система его очистки с полнопоточным<br />
саморегенерирующимся фильтром (СРФ) и центрифугой. Особенностью КСТОМ<br />
является подключение ЦО для очистки промывного масла СРФ, дисперсная фаза загрязнений<br />
которого укрупнена и легко отфуговывается. Для повышения регенерирующей способности<br />
фильтра путем снижения гидравлического сопротивления промывного потока центрифуга выполнена<br />
с напорным сливом и имеет автономный подвод масла на гидропривод от места в СС,<br />
где давление жидкости самое высокое.<br />
Разработаны новые научно-технические решения по сокращению в 1,3–2 раза расхода<br />
масла в дизелях путем уменьшения его угара и увеличения срока службы. Предложены конструкции<br />
поршневых колец с повышенным маслосъемным действием. Уточнены браковочные<br />
показатели ММ с учетом условий его использования, форсировки двигателя и качества<br />
применяемого топлива. Получены регрессионные зависимости для расчета значений браковочных<br />
показателей по допустимому срабатыванию многофункциональных присадок Длительными<br />
испытаниями на судах доказана возможность надежной ресурсосохраняющей эксплуатации<br />
тронковых форсированных дизелей при сжигании низкосортных топлив и работе<br />
на унифицированных маслах высокого функционального уровня с угаром 1,2–2 г/(кВт⋅ч).<br />
Разработаны мероприятия по стабилизации угара на низком уровне в течение 8–12 тыс.ч работы<br />
ДВС за счет подбора ММ, отвечающих требованиям системы ДЭТМО, и использования<br />
комбинированных маслоочистительных комплексов.<br />
97
98<br />
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ:<br />
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ<br />
Токликишвили Антонина Григорьевна<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />
Toklikishviliggg@mail.ru<br />
Работоспособность двигателя, стабильность его технико-экономических характеристик<br />
в процессе эксплуатации зависят от срока службы и состояния коленчатого вала. Известно,<br />
что значительная часть двигателей эксплуатируется после капитального ремонта основных<br />
деталей. На сегодняшний день проблема качественного восстановления коленчатых валов<br />
судовых дизелей является актуальной. В основном это связанно с их высокими стоимостью и<br />
требованием надежности.<br />
В настоящее время применяют два вида ремонта. Первый из них предполагает получение<br />
припуска из оставшегося материала на поверхности восстанавливаемого элемента самой<br />
детали, для его обработки под один из ближайших ремонтных размеров [1]. Это наиболее<br />
простой и с экономической точки зрения недорогой метод, несмотря на то, что начиная уже<br />
со второго ремонтного размера у коленчатых валов из-за снятия упрочненного слоя металла<br />
интенсивность изнашивания коренных и шатунных шеек возрастает, что резко сокращает<br />
ресурс работы дизеля. Устранить этот недостаток можно путем упрочнения шеек ТВЧ с последующей<br />
финишной обработкой или повторного азотирования, которые имеют свои недостатки,<br />
например, как вредность производства, длительность процесса, высокая энергоемкость<br />
и в некоторых случаях разупрочнение основного материала коленчатого вала.<br />
Вторым способом восстановления коленчатых валов является нанесение покрытий износостойкими<br />
материалами, которые позволяют получать высокую долговечность без применения<br />
термообработки, но имеют низкий предел выносливости.<br />
Электролитические способы нанесения покрытий. Хромирование коленчатых валов с<br />
применением традиционного оборудования имеет ряд недостатков. Прежде всего, это высокая<br />
стоимость, снижение усталостной прочности коленчатого вала, выкрашивание и отслоение<br />
хрома во время работы сопряжения [2]. Процесс не нашел широкого применения.<br />
Железнение коленчатых валов приводит к схватыванию поверхностей. Покрытия, полученные<br />
этим методом очень чувствительны к изменению скорости скольжения поверхностного<br />
трения. При повышении скорости скольжения возрастает коэффициент трения и соответственно<br />
температура околоконтактной зоны. Кроме того, общим для электролитических<br />
покрытий недостатком является наводораживание и, как следствие, последующее интенсивное<br />
изнашивание восстановленной поверхности [3].<br />
Однослойная наплавка под флюсом исследовалась Г.И. Доценко [4]. Для наплавки<br />
применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071 – 81, Св–<br />
12ГС ГОСТ 792 – 67 и другие. Наплавку производили под флюсами АН–348А, ОСЦ–45, АН<br />
– 20 ГОСТ 9087 – 81 без примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома,<br />
ферромарганца, ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения<br />
наплавленного металла мартенситной структуры без пор и трещин. Наплавку производили<br />
при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности<br />
сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности<br />
однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов. Наплавленный<br />
металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры, трещины и<br />
шлаковые включения. Наличие данных дефектов не позволяет рекомендовать этот способ<br />
для широкого применения.<br />
Способ наплавки в среде углекислого газа разработан Г.И. Доценко [4]. Шейки чугунных<br />
коленчатых валов наплавлялись проволокой разных марок, в том числе Нп-2Х13, Св-<br />
12ГС, ОВС, Нп-30ХГСА, Св-08 и другими. Во всех случаях структура наплавленного метал-
ла была неудовлетворительной, в слое имелись поры и трещины. Наименьшее количество<br />
дефектов на поверхности шеек получается при наплавке проволокой Нп-2Х13, наплавленный<br />
металл при этом имеет структуру аустенита с карбидной сеткой и неравномерную по длине<br />
твердость, колеблющуюся от 51 – 60 HRC. Износ шеек чугунных коленчатых валов, наплавленных<br />
в углекислом газе проволокой Нп-2Х13, был больше не наплавленных шеек. Усталостная<br />
прочность при этом способе снижается на 45-50 %. Из-за указанных недостатков такую<br />
наплавку применять нецелесообразно.<br />
Использование комбинированного способа плазменной наплавки (одновременная подача<br />
в сварочную ванну проволоки и порошка) позволяет повысить сопротивление усталости.<br />
Для наплавки галтелей используют порошок ПГ-СР3 или ПГ-СР4 (20-25%) + проволока<br />
Св-15ГСТЮЦА (75-80%) [5]. Наплавочные слои получаются высокого качества, глубина<br />
проплавления не превышает 0,7 мм [5]. Твердость 50–54 HRC [5].<br />
Общим недостатком наплавочных способов восстановления изношенных коленчатых<br />
валов считают значительное термическое воздействие сварочной дуги на деталь, сопровождаемое<br />
ее расплавлением, возникновением остаточных напряжений, деформаций, трещин и,<br />
как следствие, снижением сопротивления усталости [5]. Для снятия остаточных напряжений<br />
возникших в наплавленном слое прибегают к термообработке, в процессе которой очень часто<br />
происходит коробление коленчатого вала. Данный метод нашел широкое применение при<br />
восстановлении коленчатых валов тракторных двигателей [5].<br />
Наиболее перспективным методом восстановления коленчатых валов является плазменное<br />
напыление, благодаря наличию пор и формированию слоистой структуры [5]. Покрытие<br />
выдерживает длительные высокие цикличные нагрузки и перегрузки. Из-за остаточной<br />
пористости покрытие удерживает масло (особенно необходимое при пуске холодного<br />
двигателя), повышает надежность узла и снижает вероятность образования заедания (свободный<br />
графит во время работы выходит на поверхность и выполняет роль дополнительной<br />
твёрдой смазки). Напыление осуществляется порошками ПГ-АН9 и FeCrMo дисперсностью<br />
60-80 мкм [5]. В целях повышения адгезионной прочности прибегают к нанесению подслоя.<br />
В качестве подслоя используют термореагирующий порошок ПТ-Ю5Н [5].<br />
Подводя итоги, следует отметить, что существующая практика восстановления коленчатых<br />
валов может существенно измениться с применением передовых подходов, значительно<br />
повысив качество покрытий. Таким образом, задача повышения долговечности коленчатых<br />
валов судовых дизелей нанесением износостойких покрытий является актуальной и требует<br />
дальнейшего изучения.<br />
Литература<br />
1. Тартаковский Э.Д., Гончаров В.Г., Сапожников В.М. Анализ эффективности существующих методов<br />
ремонта коленчатых валов дизеля 5Д49.<br />
2. Волков Г.С., Картюшкин Э.Н., Гланцева К.М., Хабенко В.Е. Хромирование шеек крупногабаритных<br />
валов // Технология и организация производства. – 1977. – № 3. – С 58-62.<br />
3. Матюшенко В.Я. Износостойкость наводороженных металлов. – в кн.: Исследование водородного<br />
износа. – М.: Наука, 1977. – 133 с.<br />
4. Доценко Г.Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавкой. М., Транспорт.,<br />
1970 г. 56с.<br />
5. Хмелевская В.Б., Леонтьев Л.Б. Повышение надежности судового оборудования технологическими<br />
методами. В 3 т. Т. 3. Восстановление и упрочнение деталей. – Владивосток: Морской государственный<br />
университет; Дальнаука, 2005. - 356 с.<br />
99
К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМАХ ОБРАЗОВАНИЯ<br />
ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ ТОПЛИВА<br />
Щербаков Алексей Георгиевич, Катин Виктор Дмитриевич<br />
Хабаровский институт инфокоммуникаций (филиал) ГОУ ВПО «Сибирский государственный<br />
университет телекоммуникаций и информатики», г. Хабаровск<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Катин В.Д.<br />
Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами является весьма<br />
актуальной проблемой современности. Приоритетное место в решении этой проблемы<br />
принадлежит вопросам защиты атмосферного воздуха. По данным Госкомстата России, от<br />
промышленных предприятий и транспорта в воздушный бассейн городов ежегодно поступает<br />
около 100 млн. тонн загрязняющих веществ, способных оказывать отрицательное влияние<br />
на растительный и животный мир, а также на здоровье населения. В последнее время загрязнение<br />
воздуха практически во всех промышленных регионах нашей страны представляет<br />
прямую угрозу здоровью людей.<br />
Вопрос снижения негативного воздействия на экосистемы напрямую связан с устойчивым<br />
существованием живой природы, а следовательно, и человека как ее пользователя. Современные<br />
масштабы техногенного давления на окружающую среду приняли катастрофические<br />
размеры, поэтому научно обоснованные предложения и технические решения по<br />
уменьшению такого воздействия необходимо причислить к актуальнейшим задачам сегодняшнего<br />
дня.<br />
Предприятия железнодорожного транспорта и нефтепереработки являются крупными<br />
источниками загрязнения атмосферного воздуха. В результате хозяйственной деятельности в<br />
атмосферу поступают такие загрязняющие вещества, как канцерогенные углеводороды, высокотоксичные<br />
оксиды азота, оксид углерода, оксиды серы и другие.<br />
В действующем Федеральном законе РФ «Об охране окружающей среды» особое внимание<br />
обращается на необходимость внедрения технологических процессов и схем на основе<br />
малоотходных технологий, которые бы максимально уменьшили или полностью исключили<br />
загрязнение среды обитания человека. Следует отметить, что загрязнение атмосферного воздуха<br />
связано, прежде всего, со сжиганием различных видов топлива в котельных и печных<br />
установках [1].<br />
При сжигании топлива всегда образуются оксиды азота – наиболее токсичные из всех<br />
компонентов, содержащихся в продуктах горения. Так при полном сжигании газообразного<br />
топлива, не содержащего сернистых соединений в своем составе, в дымовых газах отсутствуют<br />
оксиды серы, сажа, оксид углерода и углеводороды и основными загрязнителями атмосферы<br />
становятся оксиды азота (NO и NO 2 ) [2]. Токсичность продуктов сгорания газообразного<br />
топлива на 92 – 98 % определяются содержанием в них оксидов азота. Причем в результате<br />
реакций в топочной камере образуется в основном оксид азота NO (более 95%), поэтому<br />
при анализе механизмов и условий образования вредных веществ на него и обращают пристальное<br />
внимание ученые всего мира [3, 4].<br />
В зависимости от первоисточников образования в топках колов и печей оксиды азота<br />
разделяют на три группы: термальные NO х ; топливные NO х и фронтальные «быстрые» NO х.<br />
Механизм и условия образования термальных оксидов азота были подробно изучены<br />
отечественными учеными Я.Б. Зельдовичем, П.Н. Садовниковым и Д.А. Франк-Каменецким.<br />
Дальнейшее развитие термическая теория получила в работах Ю.П. Райзера, И.И. Тамма,<br />
Н.Н. Семенова и др. Весомый вклад в теорию и практику изучения образования оксидов азота<br />
внес И.Я. Сигал [1].<br />
Кратко основные выводы термической теории могут быть сформулированы следующим<br />
образом:<br />
1. Образование NO происходит за фронтом пламени в зоне высоких температур по<br />
цепному механизму, формальная кинетика которого выражается уравнениями:<br />
100
O + N 2 ↔ NO + N – 316 кДж;<br />
N + O 2 ↔ NO + O + 136 кДж;<br />
N 2 + O 2 ↔ 2NO – 180 кДж.<br />
2. Выход NO определяется максимальной температурой горения и концентрацией азота<br />
и кислорода в зоне реагирования. Вследствие этого эта теория и получила название<br />
«термической».<br />
3. Концентрация образовавшегося NO не превышает равновесную при максимальной<br />
температуре в зоне реагирования.<br />
4. При наличии свободного кислорода (α > 1) выход NO определяется максимальной<br />
температурой в зоне реакции, при недостатке (α < 1) – кинетикой разложения NO, т.е скоростью<br />
охлаждения продуктов сгорания.<br />
Термическая теория предполагает экспоненциальную зависимость равновесной концентрации<br />
[C NO ] от температуры:<br />
⎛ 21500 ⎞<br />
[ CNO<br />
] = 4.62<br />
CO<br />
C exp ,% об.<br />
2 N ⎜ ⎟<br />
2<br />
−<br />
⎝ RT ⎠<br />
где C O2 , С N2 – концентрация O 2 и N 2 в реакционной зоне, % об., R – универсальная газовая<br />
постоянная, Дж/моль·К; Т – максимальная температура в реакционной зоне, К.<br />
Таким образом, равновесная концентрация оксида азота зависит главным образом от<br />
температуры, экспоненциально возрастая с ее увеличением, а в степени 0,5 – от концентрации<br />
кислорода.<br />
Образование оксида азота заканчивается в факельной зоне топочного устройства котла и<br />
печи. В конвективном газоходе некоторая часть оксида азота (1-2%) окисляется до NO 2 (не более<br />
5%). При выбросе в атмосферу NO, вследствие понижения температуры, переходит в NO 2 .<br />
Топливные оксиды азота образуются через азотосодержащие соединения, которые присутствуют<br />
в жидких и твердых топливах. Содержание химически связанного азота в сырой<br />
нефти – до 0,65%, в мазуте – до 1,4%, в бензине – до 0,07%, в угле – 1,5-2%.<br />
В жидком топливе азот сопутствует тяжелым компонентам и находится в гетероциклических<br />
кольцах пиридина, пиперидина, хинолина, изохинолина и их производных. Азот в топливе,<br />
в основном, входит в состав соединений, легко распадающихся при нагревании и активно<br />
вступающих в реакцию с кислородом.<br />
Предполагается, что азотосодержащие соединения, попадая в зону пламени разлагаются,<br />
образуя такие радикалы, как NH, CN, CH, NCH. Масс-спектроскопический анализ позволил<br />
обнаружить радикалы, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют оксиды азота.<br />
При этом скорость образования NO соизмерима со скоростью горения.<br />
Коэффициент избытка воздуха однозначно влияет на конверсию азота топлива в NO: с<br />
повышением α растет и NO из азота топлива. В конечном счете, кислород является определяющим<br />
фактором в образовании топливного NO. Рециркуляция газов снижает образование<br />
термальных оксидов азота, но заметного влияния на образование топливного NO рециркуляция,<br />
да и другие схемы снижения температуры, не имеют [4].<br />
Накопленный исследователями материал позволяет сделать ряд практических выводов:<br />
1. Конверсия азота топлива в NO происходит во фронте пламени при скорости, соизмеримой<br />
со скоростью реакций горения.<br />
2. Конверсия имеет слабую зависимость от температуры пламени, т.е. с увеличением<br />
температуры она повышается весьма незначительно.<br />
3. Конверсия не зависит от вида азотсодержащего соединения, а определяется содержанием<br />
в нем азота.<br />
4. Конверсия увеличивается с увеличением коэффициента избытка воздуха.<br />
5. Доля топливного NO в суммарном выходе оксидов азота будет тем больше, чем ниже<br />
температура в топке.<br />
Фронтальные или «быстрые» оксиды азота имеют место при сжигании всех видов топлива.<br />
Химически индуцированный механизм синтеза NO близок по своему характеру к ме-<br />
101
ханизму топливного NO, который происходит с участием промежуточных продуктов и радикалов<br />
во фронте пламени. Скорость протекания реакций сопоставима со скоростью горения.<br />
Действия механизма «быстрых» оксидов азота ограничивается фронтом пламени и узкой<br />
зоной, непосредственно прилегающей к нему.<br />
Исследования показывают слабую зависимость «быстрой» NO от температуры и сильную<br />
от избытка воздуха.<br />
На основе проделанного литературного анализа можно сделать следующие выводы:<br />
1. Фронтальные NO образуется в зоне, характеризующей фронт пламени.<br />
2. Время образования соизмеримо с временем реакций горения.<br />
3. Фронтальные NO имеют слабую зависимость от температуры и сильную от избытка<br />
воздуха.<br />
Оксиды азота, обладая высокой токсичностью, способны образовывать еще более токсичные<br />
комплексы, а также способствовать образованию фотохимических туманов (смогов).<br />
Если переход на сжигание «чистых» с точки зрения загрязнения воздушного бассейна топлив<br />
позволяет резко сократить, а иногда полностью ликвидировать все прочие выбросы токсогенов,<br />
то на сокращение оксидов азота это не оказывает существенного влияния. Сказанное<br />
ставит последний в один ряд с такими крупными загрязнителями окружающей среды как оксиды<br />
серы и твердые частицы. В таблице 1 показано влияние NO х на организм человека.<br />
Таблица 1<br />
Концентрации в воздухе токсических веществ, оказывающих вредное воздействие<br />
на организм человека<br />
Длительность и характер действия<br />
Содержание в воздухе, % об.<br />
NO x SO 2 CO<br />
Несколько часов без заметного действия 0,0008 0,0025 0,01<br />
Признаки легкого отравления 0,001 0,005 0,01 – 0,05<br />
Возможно серьезное отравление через 30<br />
минут<br />
0,005 0,008 – 0,015 0,2 – 0,3<br />
Опасно для жизни при кратковременном<br />
воздействии<br />
0,015 0,06 0,5 – 0,8<br />
Оксиды азота, реагирую с атмосферной влагой, образуют азотную кислоту, которая вызывает<br />
повышенную коррозию металлических сооружений и конструкций. NO 2 поглощает<br />
видимый свет и при концентрации около 0,5 мг/м 3 приводит к уменьшению видимости, что<br />
может стать причиной аварий на автомобильном, морском и воздушном транспорте.<br />
Таким образом, изучение и анализ основных факторов, влияющих на образование оксидов<br />
азота, позволяет не только реально наметить приоритетные методы снижения их топках<br />
котлов и печей, но и более обоснованно и достоверно рассчитать выбросы NO х с продуктами<br />
сгорания.<br />
Литература<br />
1. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1998. - 312 с.<br />
2. Лавров Н.В. Процессы горения топлива и защита окружающей среды. - М.: Металлургия, 1991. - 240 с.<br />
3. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. - М.: Энергоатомиздат. 1997, 144 с.<br />
4. Катин В.Д. Защита окружающей среды при эксплуатации печных и котельных установок. - Хабаровск:<br />
ДВГУПС. 2004, 174 с.<br />
102
СЕКЦИЯ 3<br />
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ<br />
СУДОВЫЕ ТУРБОКОМПАУНДНЫЕ СИСТЕМЫ:<br />
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ<br />
И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ<br />
Данилович Антон Петрович<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: д.т.н., профессор Радченко П.М.<br />
Аннотация<br />
В статье проводится анализ технических, экономических и экологических аспектов одной<br />
из энергосберегающих технологий на флоте – турбокомпаундной системы. Дополнительно<br />
рассматривается одно из важнейших требований к системе – бесперебойность электроснабжения.<br />
Настоящий доклад имеет своей целью систематизировать информацию и обобщить зарубежный<br />
опыт применения актуального направления использования «бросовой» теплоты<br />
отработавших газов ГД – турбокомпаундных систем (ТКС).<br />
С увеличением мощности главного двигателя (ГД) и повышением КПД турбокомпрессоров<br />
наддува (ТКН) количество отработавших газов (ОГ) возрастает, и, соответственно,<br />
возникает возможность использования их энергии в дополнительных энергосберегающих<br />
установках – турбокомпаундных системах. Под этим термином понимается совокупность<br />
агрегатов, приводимых во вращение турбинами, использующими энергию отработавших газов<br />
главного двигателя. Потенциальная энергия ОГ главного двигателя утилизируется в механическую<br />
энергию, которая может быть использована на различные нужды судна (выработка<br />
электроэнергии, передача дополнительного вращательного момента на гребной вал).<br />
Предпосылкой для разработки и внедрения ТКС принято считать повышение стоимости<br />
топливо-смазочных материалов на мировом рынке. Кроме того, прогресс в развитии ТКН<br />
позволил увеличить их КПД до 70%, что дало возможность утилизировать избыток ОГ в силовой<br />
газовой турбине [1].<br />
Рис. 1. Зависимость максимальной располагаемой (установленной) мощности силовой<br />
газовой турбины от КПД турбокомпрессора наддува<br />
103
Из рисунка 1 видно, что при КПД турбокомпрессора наддува равном 70 %, мощность<br />
силовой утилизационной газовой турбины составляет 5,0 % N е гд [5].<br />
В зависимости от мощности ГД в состав ТКС может входить одна или несколько силовых<br />
утилизационных газовых турбин (СУГТ). Каждая СУГТ включает в себя: непосредственно<br />
газовую турбину, планетарный редуктор и разобщительную муфту. Схема включения<br />
СУГТ по направлению движения ОГ может быть последовательной (при N е гд < 5000 кВт) и<br />
параллельной (при N е гд > 4000 кВт) [6]. Применение той или иной схемы ТКС (рис. 2) определяется<br />
конкретными условиями проектируемого судна: назначение и характер использования<br />
судна, ожидаемые условия плавания, тип, количество и мощность ГД, тип гребного винта,<br />
уровень электрической и тепловой мощности, направляемой на собственные нужды на<br />
ходу судна и др.<br />
Рис. 2. Схемы судовых турбокомпаундных систем: 1– силовая газовая турбина; 2 –зубчатая передача;<br />
3 – главный двигатель; 4 – турбонагнетатель; 5 – валогенератор; 6 – вспомогательный<br />
дизель; 7 – разобщительная муфта; 8 – утилизационная паровая турбина; 9 – статический преобразователь<br />
частоты тока; 10 – электрическая обратимая валомашина (генератор/двигатель)<br />
Действительная располагаемая мощность СУГТ определяется, естественно, текущим<br />
режимом ГД. Эта зависимость для СУГТ типа PTL фирмы АВВ автономного исполнения<br />
представлена на рис. 3 [7].<br />
Рис. 3. Зависимость располагаемой мощности силовой утилизационной газовой турбины<br />
от текущего режима (развиваемой мощности) главного двигателя<br />
104
Как видно на рис. 3 СУГТ вводят в действие не ранее того, как ГД достигнет режима<br />
50 % нагрузки. В этом режиме СУГТ развивает менее 20 % своей максимальной располагаемой<br />
мощности. При более низких долевых режимах ГД использование СУГТ нерационально,<br />
потому что ОГ содержат значительную долю несгоревших фракций углеводородов. Они оседают<br />
на внутренних поверхностях газового тракта, создавая опасность их возгорания и повышая<br />
расходы на техническое обслуживание.<br />
Обеспечение бесперебойности электроснабжения<br />
И снова обратимся к рис. 2, из которого видно, что ТКС прежде всего рассматривается<br />
как источник электрической энергии (2б, 2в, 2г, 2д, 2е). При любой схеме электроснабжения<br />
судна приоритетной задачей является бесперебойная подача электроэнергии в электросистему<br />
судна надлежащего качества и в необходимом количестве во всем диапазоне изменения статических<br />
нагрузок ГД и электрической сети, а так же при самых неожиданных нештатных ситуациях.<br />
К таким ситуациям относятся неисправности ГД и оборудования УГТГ, а также внезапный<br />
переход в маневренный режим ГД, оборудованного винтом фиксированного шага (ВФШ).<br />
Производственно-технологические процессы в ходовом режиме судна, вызывающие<br />
дефицит электроэнергии в большинстве случаев предсказуемы, и реакцию на них можно запрограммировать.<br />
Образующийся в этих случаях дефицит электроэнергии возможно восполнить<br />
за счет упреждающего ввода на параллельную работу с УГТГ резервного дизельгенератора<br />
(РДГ), либо стабилизированного по частоте тока валогенератора (СВГ). С позиций<br />
достижения максимальной экономичности упреждающий ввод СВГ является более<br />
предпочтительным, а потому и более практикуемым в схемах судовых энергетических установок<br />
(СЭУ) с ТКС [3,7].<br />
Выделим основные алгоритмы и конструктивные меры обеспечения бесперебойности<br />
электроснабжения судна при работе ТКС и поддержания должного качества ЭЭ:<br />
1. Чтобы не допустить дефицита электроэнергии, вызываемого производственно-технологическими<br />
процессами на судне, включая выполнение непредвиденных маневров, в программы<br />
управление ГД, валогенератором и ходовым РДГ следует ввести специальную программу,<br />
координирующую их работу в переходных режимах.<br />
2. Чтобы не допустить перебоев в электропитании, вызванных неисправностями автономного<br />
УГТГ, поддерживающий валогенератор следует постоянно держать подключенным к<br />
ГРЩ в режиме синхронного компенсатора. При возникновении неисправности валогенератор<br />
соединяют с гребным валом, а УГТГ выводят из работы без перерыва электропитания судна.<br />
3. Чтобы не допустить перебоев в электропитании, вызванных неисправностями ГД,<br />
СВГ следует снабдить маховиком (то же и УГТГ). При внезапной остановке ГД валогенератор<br />
отсоединяют от гребного вала, и он продолжает работать в режиме маховичного электрогенератора<br />
в течение времени, пока производят ввод в действие ходового РДГ.<br />
4. Заменить точную синхронизацию ходового РДГ на альтернативные способы синхронизации,<br />
обладающие большей оперативностью.<br />
Отдельно следует рассмотреть меры по сокращению времени пуска и ввода в работу<br />
ходового резервного дизель-генератора. Для повышения надежности запуска РДГ рекомендуется<br />
использовать более надежную стартерную систему пуска и более качественные сорта<br />
топлива, а также объединить систему смазки РДГ с ГД и ввести периодическую операцию<br />
проворачивания в режиме «горячий резерв».<br />
Технико-экономическая эффективность ТКС<br />
Показатели ежегодной экономии топлива зависят от стоимости последнего, эксплуатационного<br />
периода судна в году и мощности ГД в режиме экономического хода. На рис. 4 показана<br />
взаимозависимость указанных параметров [2]. Видно, что при удельной экономии в 5<br />
г/(кВт·ч) и периоде эксплуатации 7200 ч/год (300 дней), при стоимости топлива, например,<br />
300 долл/т может быть сэкономлено 11 долл/год на каждый киловатт мощности ГД. Зная<br />
мощность ГД, можно рассчитать ежегодную экономию.<br />
105
Рис. 4. Ежегодная экономия средств на единицу мощности главного двигателя: слева количество<br />
дней эксплуатации судна в год; справа – колебания стоимости топлива<br />
Эффективность применения ТКС возрастает с увеличением мощности ГД. При этом<br />
сроки окупаемости ТКС в исполнении с комбинированным парогазовым УТГ (рис. 2д) несколько<br />
выше по сравнению с автономным исполнением СУГТ (рис. 2г). Это объясняется<br />
более высокими первоначальными и эксплуатационными расходами на комбинированный<br />
парогазовый УТГ. СУГТ фирмы АВВ типа NTC и PTL в режиме полной мощности ГД развивают<br />
при автономном использовании 4-5 % от его спецификационной мощности, что эквивалентно<br />
повышению КПД малооборотного дизеля с 50 до 52 %. ТКС с комбинированным<br />
парогазовым УТГ экономит 10 % N е гд (3 % – СУГТ и 7 % – УПГТ), что эквивалентно повышению<br />
КПД дизеля до 55 % [7].<br />
Приведенные расчеты не учитывают дополнительных статей экономии, таких как:<br />
– экономии смазочного масла и энергии на работу вспомогательных систем в случае<br />
полной замены дизель-генератора турбокомпаундной системой;<br />
– экономии ресурса ДГ и связанных с этим затрат на реновацию, ремонт и техобслуживание;<br />
– экономия затрат на подготовку топлива и смазочного масла и утилизацию шлама, образовавшегося<br />
после его подготовки.<br />
Экологический аспект применения ТК<br />
Одним из серьезных доводов в пользу ТКС, по мнению ее фирм-разработчиков, является<br />
ужесточение требований международного сообщества к снижению выброса вредных<br />
(NO x , SO x , углеводороды, сажа и др.) и парниковых (CO 2 ) газов. Применение ТКС самым непосредственным<br />
образом снижает негативное влияние судов на окружающую среду. Вопервых,<br />
за счет уменьшения количества сжигаемого топлива (вследствие его экономии) и<br />
снижения общего количества продуктов сгорания. Во-вторых, за счет изменения термодинамических<br />
и термохимических процессов как в камерах сгорания дизелей, обусловленных<br />
включением в выхлопной тракт элементов ТКС, так и на протяжении всего выхлопного<br />
тракта, по которому проходят ОГ. Изменения этих процессов способствуют понижению доли<br />
вредных газов и сажи в продуктах сгорания. Последний эффект будет усиливаться по мере<br />
совершенствования оборудования ТКН и ТКС (в первую очередь, сопловых аппаратов турбин),<br />
средств и программ автоматического управления и контроля ими [8, 9].<br />
Заметим, что понижение содержания сажи в отработавших газах, ожидаемое в результате<br />
опосредованного действия ТКС, повышает пожаробезопасность выхлопного тракта и<br />
снижает затраты энергии и труда экипажа на его очистку.<br />
106<br />
Литература<br />
1. Видуцкий Л. М. Топливные ресурсы и их экономия в зарубежном судостроении // Судостроение. -<br />
1983. - № 2. - С. 27– 31.<br />
2. Видуцкий Л. М. Зарубежная судовая энергетика в 1985 г. // Судостроение. - 1987. - № 4. - С. 21–27.
3. Калинина М. И. Разработка новых схемных решений для привода судовых генераторов // Судостроение.<br />
- 1989. - № 2. - С. 15–17.<br />
4. Турбокомпрессоры серии VTR…4E и силовые газовые турбины серии NTC…4 фирмы АВВ [Текст] :<br />
Рекламный проспект АВВ Turbo System Ltd. / Публикация № СH-Z 20005 89 E. Отпечатано в Бадене,<br />
Швейцария. 8 с.<br />
5. Турбокомпаундная установка // Hansa. - 1985. - № 22. S. 2304–2310.<br />
6. Утилизация энергии части отработавших газов главного двигателя // The Naval Architect. - 1984, VII–<br />
VIII. р. E289–E290.<br />
7. Мarkus Rupp/ Waste heat recovery for lower engine fuel consumption and emissions [Текст]: доклад АВВ<br />
Turbo System Ltd. – Баден, Швейцария. 11 с.<br />
8. Мarkus Rupp/ Waste heat recovery for lower engine fuel consumption and emissions [Текст]: доклад АВВ<br />
Turbo System Ltd. Баден, Швейцария. 11 с.<br />
9. Waste heat systems // MER. - 2007. - May. - p. 44–47.<br />
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ СИСТЕМ СУДОВЫХ<br />
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ (СЭСА)<br />
Папшева Светлана Юрьевна, Горева Татьяна Игоревна<br />
Камчатский государственный технический университет,<br />
г. Петропавловск-Камчатский<br />
Научный руководитель: д.т.н. Пюкке Г.А.<br />
sveta_prepod@mail.ru<br />
Современные СЭСА выполняют различные по сложности и ответственности задачи.<br />
Эти задачи можно классифицировать по значимости последствий их прямого невыполнения<br />
вследствие отказа оборудования. Например, отказы, приводящие к возникновению аварийных<br />
ситуаций, наиболее опасны. Могут возникнуть ситуации, когда своевременное обнаружение<br />
и ремонт возникшей неисправности позволит устранить опасность возникновения<br />
аварийной ситуации. Для многофункциональных систем характерны неисправности вызывающие<br />
только снижение качества ее функционирования. В этом случае в зависимости от<br />
характера последствий, выбирается стратегия ремонтно-эксплуатационного обслуживания<br />
систем СЭСА. Возможности оперативно-ремонтного обслуживания СЭСА, характер их использования<br />
задаются графиком работы системы, определяемым ее назначением. График работы<br />
задает тот или иной показатель надежности. Так, если выполняется техническое обслуживание<br />
(ТО) ЭСА по регламенту, то достаточно знать вероятность безотказной работы системы.<br />
Если же становится существенной длительность простоя на выполнение диагностических<br />
процедур и ремонт, то знание вероятности безотказной работы не достаточно. В такой<br />
ситуации основной интерес представляет распределение простоев, позволяющее вычислить<br />
средние непроизводительные потери. В этом случае, могут оказаться полезными методы<br />
теории массового обслуживания и перевод системы с регламентного ТО на техническое обслуживание<br />
по состоянию [1].<br />
Повышение эффективности диагностирования на 40% достигается при увеличении эксплуатационного<br />
цикла, за счет введения приборного контроля состояния объекта между циклами<br />
ТО. Для систем продолжительного действия, к которым относятся судовые ЭСА, можно<br />
ввести критерий эффективности использования, с целью его дальнейшей оптимизации. В<br />
качестве такого критерия будем использовать величину отношения времени работоспособного<br />
состояния объекта оптимизации к сумме интервалов времени работоспособного<br />
состояния и простоя, вызванного необходимостью проведения аварийных ремонтов или<br />
профилактики.<br />
Задачу планирования профилактического обслуживания можно сформулировать так:<br />
для нерезервированной системы необходимо так выбрать период профилактики t 0 , чтобы<br />
при заданных средних значениях времени аварийного ремонта Т рем и времени профилактики<br />
107
Т проф , эффективность использования L достигла максимума. Стратегия обслуживания состоит<br />
в выборе периода безотказной работы между профилактиками t 0 . Если же отказ наступает до<br />
момента t 0 , то сразу выполняется аварийный ремонт. При произвольном количестве k случайных<br />
величин интервалов работоспособности U k определим среднее время исправной работы<br />
как математическое ожидание М{U}. Через V k обозначим случайную величину времени<br />
вынужденного простоя, включающего либо время аварийного ремонта, либо время планируемой<br />
профилактики.<br />
Проверка работоспособности систем в большинстве случаев сопряжена с выводом на<br />
некоторое время из состояния готовности всего объекта или его части. Это означает, что более<br />
частые проверки приводят к уменьшению суммарного времени, в течение которого система<br />
готова к действию. С другой стороны редкие проверки не обеспечивают необходимого<br />
полного объема диагностической информации, что увеличивает риск возникновения аварийных<br />
ситуаций и снижает готовность системы к работе. В соответствии с существованием<br />
этих противоположных тенденций должен существовать экстремум функции оптимизации,<br />
реализуемый при монотонной вариации параметром λ, тогда при аналитическом описании<br />
задачи, можно найти интервал оптимального времени работоспособности системы. На практике<br />
могут быть выбраны различные стратегии оптимизации процесса эксплуатации. На<br />
рис.1. приведена схема различных вариантов сочетания использования и диагностирования<br />
объектов эксплуатации (ОЭ).<br />
Переход от регулярно-периодического диагностирования к обслуживанию судового<br />
оборудования по текущему состоянию предполагает выбор стратегии с использованием случайно-периодического<br />
диагностирования. На рис. 2. приведена циклограмма функционирования<br />
объекта непрерывного использования. ОЭ находится в рабочем режиме до отказа.<br />
Так как среднее значение длительности пребывания ОЭ в работоспособном состоянии<br />
равно средней наработке до отказа Т р = Т 0 , то в каждом цикле будет иметь место аварийное<br />
восстановление, т. е. Р вос = 1.<br />
Тогда коэффициент готовности равен:<br />
T0 T0<br />
⎛<br />
⎞<br />
Кг<br />
= ∫ Р0() tdt Р0()<br />
tdt+<br />
T<br />
⎜ ∫ вос<br />
⎟<br />
, (1)<br />
0 ⎝ 0<br />
⎠<br />
где T вос – среднее значение длительности простоя ОЭ, обусловленной его восстановлением.<br />
T<br />
0<br />
∫<br />
0<br />
Р () tdt– средняя наработка ОЭ до отказа. Среднее время исправной работы t p за общее<br />
0<br />
время использования Т (включающее периоды исправной работы и восстановления) следует<br />
T0<br />
1<br />
из соотношения: t<br />
p<br />
= Р0<br />
() tdt<br />
T<br />
∫ . При вариации верхним пределом интегрирования Т выражение<br />
соответствует текущему значению коэффициента готовности системы К г (Т).<br />
0<br />
Здесь<br />
108<br />
Рис. 1. Варианты сочетания контроля и эксплуатации устройств судовых<br />
электрических средств автоматизации
Р 0 (t) – вероятность того, что система находится в рабочем состоянии в момент времени t.<br />
Статистическое значение коэффициента готовности за время t определяется соотношением:<br />
* Σ Σ Σ<br />
Кг = tp ( tp + tв<br />
), где t Σ р<br />
– суммарная длительность пребывания системы в работоспособном<br />
состоянии за время t; t Σ в<br />
– суммарная длительность простоя системы, обусловленного<br />
ее восстановлением.<br />
Рис. 2. Циклограмма объекта непрерывного использования<br />
На рис.2. циклограммы использования приняты следующие обозначения: t (i) ν – случайная<br />
величина длительности i– го цикла функционирования системы; t (i) р – случайная величина<br />
длительности пребывания ОЭ в работоспособном состоянии за время t (i) ν , t (i) в – случайная величина<br />
длительности простоя, обусловленная восстановлением работоспособности ОЭ за<br />
время t (i) ν . При оптимизации режима эксплуатации системы, для оценки эффективности использования<br />
ОЭ, необходимо перейти от случайных величин к детерминированным оценкам<br />
временных интервалов (через нахождение средних значений случайных величин). Законы<br />
распределения времени использования ОЭ по назначению и времени восстановления будем<br />
считать экспоненциальным с параметрами λ (интенсивность отказов) и μ (интенсивность<br />
восстановления). Коррекцию численных значений интенсивностей отказов будем выполнять<br />
на основе анализа изоварной модели по данным полученным от объекта эксплуатации [2].<br />
Построение модели регулирования с использованием полученной информации позволяет<br />
выработать методику определения значений интенсивностей восстановления и выработать<br />
рекомендации по режиму эксплуатации ОЭ. Для получения стационарного значения коэффициента<br />
готовности К г обычно используют предельный переход в предположении, что<br />
*<br />
lim K г<br />
= К г<br />
за общее время t имели место m временных циклов длительностью Т 0 контроля<br />
t→∞<br />
работоспособности ОЭ, и n раз ОЭ восстанавливался. Тогда при бесконечном увеличении<br />
числа циклов, используя теорему Бернулли [3], переходят от рассмотрения процесса на интервале<br />
t к рассмотрению процесса в одном цикле длительностью Т 0 . lim P⎜<br />
− p < ε = 1<br />
⎛ m ⎞<br />
t→∞<br />
n<br />
⎟ ,<br />
⎝ ⎠<br />
m<br />
где - статистическая частота появления события, заключающегося в восстановлении ОЭ<br />
n<br />
при реализации m циклов; р– вероятность появления данного события в одном цикле длительностью<br />
Т 0 . Для случая непрерывного диагностирования идеальными техническими<br />
средствами диагностирования объекта непрерывного использования, коэффициент готовности<br />
равен (1).<br />
При неограниченном увеличении времени использования, величина Р 0 (t)dt сходится с<br />
вероятностью единица к отношению математического ожидания случайной величины одного<br />
интервала времени исправного состояния к сумме математических ожиданий интервалов ис-<br />
109
правного состояния и времени простоя. Тогда в установившемся режиме, для простейших<br />
потоков отказов и восстановлений К г = μ / (μ + λ). Соответствующая стохастическая матрица<br />
переходов РР имеет вид:<br />
⎡P11 P12 P13 P14<br />
0 0 0 0 ⎤<br />
⎢<br />
0 P22 0 0 P25 0 P27<br />
0<br />
⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢0 0 P33 0 P35 P36<br />
0 0 ⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
0 0 0 P44 0 P46 P47<br />
0<br />
PP =<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢ 0 0 0 0 P55 0 0 P ⎥<br />
58<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢0 0 0 0 0 P66 0 P58<br />
⎥<br />
⎢<br />
0 0 0 0 0 0 P77P<br />
⎥<br />
⎢<br />
78 ⎥<br />
⎢⎣0 0 0 0 0 0 0 1 ⎥⎦<br />
При заданных значениях времени наработки до отказа: t 1 * = 10 4 ч; t 2 * = 1.25·10 4 ч; t 3 * =<br />
0.8·10 4 ч. интенсивности отказав компонент будут составлять λ 1 = 10 -4 ч -1 ; λ 2 = 0.8·10 -4 ч -1 ; λ 3 =<br />
1.25·10 -4 ч -1 . Соответственно, значения коэффициентов матрица РР при выбранном шаге<br />
дискретизации времени Δt = 10 2 ч, будут составлять:<br />
⎡0,9695 0,0100 0,0080 0,0125 0 0 0 0 ⎤<br />
⎢<br />
0 0,9795 0 0 0,0080 0 0,0125 0<br />
⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢ 0 0 0,9775 0 0,0100 0,0125 0 0 ⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
0 0 0 0,9820 0 0,0080 0,0100 0<br />
РР = ⎢<br />
⎥<br />
⎢ 0 0 0 0 0,9875 0 0 0,0125 ⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢ 0 0 0 0 0 0,9900 0 0,0100⎥<br />
⎢ 0 0 0 0 0 0 0,9920 0,0080⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢⎣<br />
0 0 0 0 0 0 0 1 ⎥⎦<br />
Процесс деградации при отсутствии восстановительных процедур будет определяться<br />
текущими значениями компонент вектора вероятностей состояний.<br />
Р(j) = P(j – 1)*PP.<br />
Исходное состояние будет характеризоваться вектором P(0)<br />
Р(0) = [1 0 0 0 0 0 0 0].<br />
Существование вектора предельных состояний P(t) = (P 1 (t) P 2 (t)…… P n (t)) t при переходе<br />
системы из состояния в состояние, определенного на множестве T = [a, ∞ ), означает, что<br />
с течением времени в системе наступает некоторый стационарный режим (режим насыщения),<br />
проявляющийся в том, что система случайным образом меняет свои состояния, но вероятность<br />
каждого из них уже не зависит от времени. При наступлении режима насыщения<br />
каждое из состояний реализуется с некоторой постоянной вероятностью, соответствующей<br />
среднему относительному времени пребывания системы в данном состоянии. Необходимо<br />
отметить, что приведенная модель и примеры ее реализации отражают общие тенденции развития<br />
процесса деградации систем. Характер этих процессов полностью определяется величинами<br />
коэффициентов стохастической матрицы РР.<br />
Литература<br />
1. Волков И.К., Зуев С.М., Цветкова Г.М. Случайные процессы: Учеб. для втузов / Под ред. В.С. Зарубина,<br />
А.П. Крищенко. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 448 с.<br />
2. Пюкке Г.А., Портнягин Н.Н., Кузнецов С.Е. Диагностирование электрических цепей методом изовар /<br />
Изв. вузов. Электромеханика. 1998. - №1., с.35-40.<br />
3. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятности и её инженерные приложения. Учеб. Пособие для<br />
втузов. 2-е изд., стер. - М.: Высш. Шк., 2000. 480 с.: ил.<br />
110
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ<br />
Харисов Кирилл Евгеньевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: ст. преподаватель Осокина Е.Б.<br />
kirys777@mail.ru<br />
Во второй половине XX века типовые схемы электродвижения начинают широко применяться<br />
на ледоколах, судах ледового плавания, буровых судах, кабелеукладчиках и пассажирских<br />
судах. В порядке наработки опыта эксплуатации, строятся транспортные и рыболовные<br />
суда с ГЭУ. Но, двойное преобразование химической энергии топлива в механическую,<br />
а затем в электрическую, при относительно небольшом КПД гребных двигателей и генераторов<br />
(0,75-0,85), существенно ограничило область распространения ГЭУ. Их дальнейшее<br />
развитие надолго оказалось связанным с применением в составе ядерных энергетических<br />
установок (ЯЭУ) надводных и подводных судов.<br />
Немаловажным преимуществом современных систем электродвижения стало то, что<br />
использование электрической передачи позволяет использовать в ГЭУ переменного тока с<br />
частотными преобразователями принципиально различные тепловые машины, что значительно<br />
увеличивает маневренность судна. После 1 ноября 2000 г. такие системы получили<br />
наименование IEP - Integrated Electric Propulsion.<br />
Современный этап развития электродвижения на флоте стал возможен благодаря интенсивному<br />
развитию силовой кремниевой электроники. Это позволило довести к.п.д. передачи<br />
электроэнергии от первичного двигателя на винт до 99%. Кроме того, применение тиристорных<br />
преобразователей частоты большой мощности, позволило увеличить диапазон<br />
применения гребных двигателей с пониженной (двойной) частотой вращения и соосных (тянущий+толкающий)<br />
винтов. Т.е. увеличить к.п.д. судовой силовой установки от 15 % до 25%<br />
соответственно.<br />
Гребной электродвигатель двойного (встречного) вращения соосных винтов не имеет<br />
статора в его привычном понимании. Внешний ротор построен по схеме статора синхронной<br />
машины с трехфазной обмоткой переменного тока и консольно закреплен на внутреннем роторе<br />
с многополюсной обмоткой возбуждения постоянного тока. После подачи тока оба ротора<br />
начинают вращаться относительно друг друга.<br />
В настоящее время наиболее оптимальной считается ГЭУ переменного тока с ВФШ и<br />
непосредственным преобразованием частоты с напряжением до 6,3 кВ. На отечественном<br />
флоте такие ГЭУ впервые были применены на ледоколах "Таймыр" и "Вайгач", построенных<br />
на верфи Турку (Финляндия) в 1987, 1988 гг. При этом следует отметить, что использование<br />
ГЭУ не только улучшает виброакустические характеристики СЭУ, но и существенно меняет<br />
структуру электромагнитных полей электрохода. Для высоковольтных ГЭУ это потребовало<br />
кардинального изменения подхода к размещению жилых помещений на судне.<br />
Начиная с 1992 г. в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали широко применяться<br />
винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем (podded drive),<br />
в которых ГЭД вынесен за пределы корпуса судна и размещен в подводной капсуле (коконе)<br />
с высокими гидродинамическими свойствами. Типовые ВРК строятся либо с одним упорным<br />
либо с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. В России наибольшее распространение<br />
получили Финские системы “Азипод” (Azipod - azimuthing podded propulsion system) с<br />
одним упорным винтом и ГЭД мощностью от 1,5 до 4,5 МВт.<br />
Главными достоинствами ВРК являются: - возможность разворота капсулы в горизонтальной<br />
плоскости на 360°, т.е. реверс направления вращения винта на 100%-ной мощности;<br />
- сверхкороткий валопровод и возможность работы винта фиксированного шага на низких<br />
скоростях (до 0.1 от ном.).<br />
ВРК позволяют существенно уменьшить уровень шума и вибрации СЭУ и установить<br />
электроэнергетическое оборудование в труднодоступных для размещения груза местах, что<br />
111
позволяет более рационально использовать объем судна. Наиболее эффективным источником<br />
тока для ВРК является сеть переменного тока, позволяющая не только увеличить надежность<br />
и экономичность ГЭУ, но и использовать для привода винта асинхронные двигатели с<br />
короткозамкнутым ротором, не требующие обслуживания в эксплуатации.<br />
Для улучшения пусковых качеств асинхронного привода часто используются двухклеточные<br />
и глубокопазные роторы специального исполнения. Регулировку частоты вращения<br />
винта в системе Azipod осуществляют с помощью тиристорных преобразователей частоты.<br />
Первый положительный опыт от замены СЭУ с МОД и прямой передачей на винт, на<br />
ГЭУ с единой электростанцией из четырех главных дизель-генераторов с пропульсивным<br />
комплексом "Азипод", был получен на двух танкерах ОАО "Мурманское морское пароходство"<br />
в 1994 г.<br />
В 2004 г был проведен сравнительный анализ эффективности энергетической установки<br />
танкера типа “Астрахань” (дедвейт ок. 20 000 т., МОД-8850 кВт) и аналогичного танкера с<br />
ГЭУ из четырех ГТД контейнерного типа (по 2,5 МВт), работающих на сеть переменного тока<br />
и винторулевого комплекса (ВРК) типа “Азипод”.<br />
Результаты анализа показали, что применение ГЭУ позволило: повысить манёвренность<br />
судна и уменьшить массу пропульсивной установки на 180 тонн, сократив при этом<br />
длину машинного отделения на 5–7 м. и увеличить объём грузовых помещений примерно на<br />
500 куб. метров. Кроме того, за счет возможности вывода из работы отдельных силовых агрегатов,<br />
СЭУ значительно снизила расход топлива и масла, а применение ГТУ позволило отказаться<br />
от практики технического обслуживания ГД СЭУ и перейти на агрегатную замену<br />
блоков СЭУ во время планового ремонта, что привело к сокращению численность машинной<br />
команды.<br />
В последнее время ГЭУ широко применяются на круизных судах, паромах и суда внутреннего<br />
плавания, эксплуатируемые в “особых” районах, например такие как построенный в<br />
2001 г. балтийский паром Тихо Браге (“Tycho Brahе”), с энергетической установкой из 4-х<br />
двухтопливных дизелей Wartsila 6R32 с электрической передачей мощности на винт. Большой<br />
интерес к созданию систем электродвижения надводных судов проявляют и военные<br />
моряки. Так в феврале 2006 г. во Франции вошел в строй первый большой, полностью "дизель-электрический",<br />
транспортно-десантный корабль "Мистраль" (Mistral, L9013, дедвейт<br />
16500 т.) с энергетической установкой из 4 главных дизель-генераторов переменного тока<br />
(Wartsila diesels-alternators) 16V32 мощностью по 6,2 МВт, одного РДГ 18V20 мощностью 3<br />
MВт и двумя ВРК с электродвигателями по 7 МВт.<br />
Для судов с сопоставимым расходом энергии на движение и собственные нужды наиболее<br />
перспективными являются СЭУ с отбором мощности на валогенераторы, в том числе<br />
установки переменного и двойного рода тока. Немаловажное преимущество ГЭУ связывается<br />
с возможностью отказаться от применения сложных в эксплуатации и более дорогих винтов<br />
регулируемого шага.<br />
Не менее интересным представляется подход предложенный фирмой Вяртсиля<br />
(Wartsila, Финляндия) при проектировании СЭУ танкера дедвейтом 16 400 т., построенного в<br />
Китае в 2003. В состав СЭУ входит главный двигатель W6L46 мощностью 6300 кВт (500<br />
об/мин.) и обратимый валогенератор мощностью 1500 кВт. В состав электростанции суммарной<br />
мощностью 2380 кВт: дизель-генератор W6L20 и два W4L20. Редукторный механизм<br />
передачи мощности на винт Wartsila Gear SCV116-SDCT и винт регулируемого шага Wartsila<br />
CP130 (диаметр 5400 мм).<br />
Комбинированная СЭУ обеспечивает следующие режимы работы:<br />
- экономичный ход, скорость судна 14,7 узлов, мощность ГД 5300 кВт (500 об/мин.),<br />
валогенератор работает в режиме отбора мощности, на электростанцию поступает 400 кВт<br />
(1200 об/мин.), на гребной вал передается 4900 кВт (107 об/мин.);<br />
- форсированный ход, скорость судна 16 узлов, мощность ГД 6300 кВт (500 об/мин.),<br />
валогенератор переводится в режим электродвигателя, от электростанции на валогенератор<br />
поступает 700 кВт (1200 об/мин.), на гребной вал передается 7000 кВт (107 об/мин.);<br />
112
- аварийный ход, скорость судна 7-10 узлов, источник мощности только электростанция,<br />
валогенератор переводится в режим электродвигателя, от электростанции на валогенератор<br />
поступает 1500 кВт (1200 об/мин.), на гребной вал передается 1500 кВт (75,2 об/мин.).<br />
В качестве перспективного направления развития электродвижения наибольший интерес<br />
представляет использование эффекта сверхпроводимости, позволяющего создать криогенные<br />
электромеханические установки (генераторы, двигатели) с недоступными в настоящее<br />
время агрегатными мощностями. Использование электрических машин сверхмалых габаритов<br />
позволит высвободить до 15-20 % полезного объёма транспортных судов дедвейтом<br />
в 5-10 тыс. т.<br />
Литература<br />
1. http://www.history.rochester.edu/steam/.<br />
2. http://www.thinkquest.org/index.htm.<br />
113
СЕКЦИЯ 4<br />
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ<br />
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ<br />
С СЕТЕВЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ «MODBUS»<br />
Артамонов Иван Викторович, Королев Александр Николаевич<br />
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />
Научный руководитель: к.т.н., доцент Сгребнев Н.В.<br />
Современный этап развития систем автоматизации характеризуется широким применением<br />
сетевых технологий на всех уровнях управления, вплоть до самых нижних – уровня<br />
датчиков. Во многих случаях это позволяет значительно удешевить систему по сравнению с<br />
традиционной схемой. Традиционная схема предусматривает подключение аналоговых датчиков<br />
с токовым интерфейсом 4…20 мА (0…20 мА) к входам аналоговых модулей программируемых<br />
логических контроллеров (PLC). Использование сетевых технологий позволяет<br />
отказаться от дорогих аналоговых модулей и подключить большое количество датчиков к<br />
коммуникационному входу контроллера. Простой расчет показывает, что это может быть<br />
дешевле в десятки раз. В настоящее время выпускается довольно много датчиков с цифровым<br />
выходом, в том числе и с встроенными интерфейсами сетевого обмена. Беда в том, что<br />
эти интерфейсы, как правило, несовместимы с коммуникационными возможностями программируемых<br />
логических контроллеров.<br />
Поэтому было принято решение разработать датчик температуры c сетевым интерфейсом,<br />
который можно было бы интегрировать практически в любую систему автоматизации. В<br />
качестве протокола был выбран Modbus, как один из самых распространенных протоколов<br />
обмена PLC. Кроме того, Modbus является открытым протоколом, т. е. фактически любой<br />
желающий может в нём разобраться и включить его в своё «интеллектуальное оборудование».<br />
Простота этого стандарта позволяет легко настраивать взаимосвязь между контроллером<br />
(мастером) и подчинёнными устройствами (датчиками).<br />
Для реализации данного интеллектуального датчика температуры были использованы<br />
следующие элементы:<br />
• Микросхема цифрового датчика температуры TC74 производства Microchip с последовательным<br />
протоколом I2C. По этому протоколу можно счи