25.04.2015 Views

tom1 (6.06 mb) - Морской государственный университет имени ...

tom1 (6.06 mb) - Морской государственный университет имени ...

tom1 (6.06 mb) - Морской государственный университет имени ...

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

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 считывать