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

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

Федеральное агентство морского и речного транспорта<br />

Федеральное государственное образовательное учреждение<br />

высшего профессионального образования<br />

«Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского»<br />

СБОРНИК ДОКЛАДОВ<br />

57-й международной молодежной<br />

научно-технической конференции<br />

«МОЛОДЁЖЬ – НАУКА – ИННОВАЦИИ»,<br />

посвященной 200-летию транспортного образования в России<br />

25–26 ноября 2009 г.<br />

Том 1<br />

Владивосток<br />

2009


УДК 656.6.08 (06)<br />

Сборник докладов 57-й международной молодежной научно-технической<br />

конференции «МОЛОДЕЖЬ – НАУКА – ИННОВАЦИИ», посвященной 200‐<br />

летию транспортного образования в России, 25–26 ноября 2009 г.: в 2 т. –<br />

Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009. – Т. 1. – 261 с.<br />

В сборнике содержится 140 доклаов курсантов и студентов, аспирантов и молодых ученых<br />

17 высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов Дальневосточного<br />

федерального округа, Москвы, Санкт-Петербурга и стран Азиатско-Тихоокеанского региона.<br />

В первый том сборника вошли 78 работ курсантов, студентов, аспирантов и молодых<br />

ученых 7 секций конференции, относящихся к техническому и естественно-научному направлениям<br />

исследований.<br />

Редакционная коллегия:<br />

секция 1 – канд. физ.-мат. наук, доцент Акмайкин Д.А.<br />

секция 2 – д-р техн. наук, профессор, заслуженный<br />

деятель науки и техники РФ Кича Г.П.<br />

секция 3 – д-р техн. наук, профессор Веревкин В.Ф.<br />

секция 4 – канд. техн. наук, профессор Глушков С.В.<br />

секция 5 – канд. техн. наук, доцент Громашева О.С.<br />

секция 6 – д-р техн. наук, профессор Степанец А.В.<br />

секция 7 – канд. техн. наук, доцент Монинец С.Ю.<br />

Ответственный редактор – канд. биол. наук Андреева И.В.<br />

ISBN<br />

© Морской государственный университет<br />

им. адм. Г.И. Невельского, 2009<br />

2


ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ<br />

МОРСКОЙ ТРАНСПОРТ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА<br />

ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX И НА РУБЕЖЕ ХХI ВЕКОВ<br />

Зеленцов Владилен Васильевич<br />

д.и.н., профессор каф. экономики морского транспорта<br />

Института управления транспортом<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

История освоения и развития Дальнего Востока россиянами уходит своими корнями в<br />

далекое прошлое. Но она, начиная с XVII в. и до наших дней, всегда была связана с морским<br />

транспортом. И это понятно. Территория Дальнего Востока омывается шестью морями: Восточно-Сибирским,<br />

морем Лаптевых, Чукотским, Беринговым, Охотским, Японским. Первые<br />

три составляют Восточный сектор Арктики, последние входят в Дальневосточный морской<br />

бассейн. По многообразию физико-географических и гидрометеорологических условий моря<br />

Дальнего Востока являются наиболее сложными для мореплавания.<br />

Несмотря на достаточно яркую и насыщенную историю развития отечественного судоходства<br />

и его береговой инфраструктуры, которая только официально охватывает период более<br />

трех веков, окончательное оформление морского транспорта в самостоятельную отрасль<br />

страны произошло лишь в 1939 г.<br />

Суровым испытанием для морского транспорта страны стали годы Великой Отечественной<br />

войны, в ходе которой ему был нанесен общий ущерб в 4,5 млрд руб. После окончания<br />

войны техническое состояние флота в целом, значительной части причального фронта и<br />

перегрузочного оборудования портов, судоремонтной базы отрасли оценивалось как неудовлетворительное.<br />

В трудном положении в этот период находились и предприятия морского<br />

транспорта Дальнего Востока. Именно поэтому с 1946 г. объективно были открыты качественно<br />

новые страницы истории морского транспорта.<br />

На основании анализа развития морского транспорта Дальнего Востока во 2-й половине<br />

XX в. можно выделить следующие периоды, которые в своей основе сопоставимы с общей<br />

историей отрасли в масштабах страны.<br />

I период - 1946 - 1970 гг. Становление морского транспорта дальневосточного бассейна<br />

как ведущей транспортной отрасли региона. В этом периоде довольно четко можно выделить<br />

два этапа:<br />

- первый этап (1946 - 1959 гг.), связанный с послевоенным восстановлением отрасли<br />

региона и развитием ее структуры;<br />

- второй этап (1960 - 1970 гг.). Его главной особенностью было техническое перевооружение<br />

флота, портов, судоремонтных заводов и совершенствование транспортного процесса<br />

в целом.<br />

Первый этап был обусловлен не только необходимостью восстановления и воспроизводства<br />

основных производственных фондов флота и береговых предприятий, но и возрастающим<br />

объемом перевозок и переработки грузов в портах как на традиционных, так и на<br />

совершенно новых, возникших в результате завершения Второй мировой войны, направлениях<br />

в районы Южного Сахалина и Курильских островов.<br />

Второй этап был связан с объективной необходимостью реконструкции имевшейся материально-технической<br />

базы морского транспорта, которая в силу физического и морального<br />

износа не соответствовала к тому времени наметившейся тенденции роста потребностей народного<br />

хозяйства страны в перевозках в дальневосточном бассейне. И если для первого этапа<br />

рассматриваемого периода характерной чертой были экстенсивные факторы роста и ис-<br />

3


пользования флота в морских пароходствах бассейна, то в 1960-е гг. этого периода началось<br />

интенсивное строительство крупными сериями судов для быстрого развития флота с минимальными<br />

затратами. Но по своим характеристикам новый флот незначительно отличался от<br />

существующего.<br />

II период - 1971-1990 гг. Наибольшее развитие морского транспорта Дальнего Востока.<br />

Период связан с укреплением материально-технической базы флота и берега на качественно<br />

новой основе активного использования достижений научно-технического прогресса, с широкой<br />

оптимизацией работы флота, портов, смежных предприятий других транспортных отраслей<br />

народного хозяйства и совершенствованием организации труда с целью значительного<br />

повышения ее производительности. Прежде всего, надо оценить то, что суда, которые пополняли<br />

флот морских пароходств Дальнего Востока в этот период, имели принципиально<br />

новые конструкции, устройства и механизмы. Большинство судов этого поколения строились<br />

по новым проектам, которые соответствовали международным стандартам, что позволило<br />

им по своим качественным и количественным характеристикам стать конкурентоспособными<br />

в мировом судоходстве. В результате морские пароходства бассейна начали успешно<br />

конкурировать на мировом фрахтовом рынке, в том числе в линейном судоходстве во<br />

всей акватории Тихого океана. Об этом убедительно свидетельствуют тенденции изменения<br />

в структуре перевозок.<br />

Если 1970 г. каботажные перевозки составляли 44,7 % общего объема перевозок отечественным<br />

флотом дальневосточного бассейна и 55,3 % составляли загранперевозки, то уже в<br />

1978 г. каботажные перевозки снизились до 36 %, а загранперевозки возросли до 64 %. При<br />

этом в составе загранперевозок увеличилась доля перевозок грузов между иностранными<br />

портами.<br />

В то же время в условиях полной централизации системы управления морским транспортом<br />

страны сохранялись внутрирегиональные диспропорции в развитии флота и портов, что<br />

негативно отражалось на работе по совершенствованию общих транспортно-технологических<br />

систем. Кроме того, существовали и межведомственные барьеры на стыках взаимодействия<br />

морских торговых портов со смежными предприятиями других видов транспорта.<br />

Решению проблемы улучшения взаимодействия всех элементов транспортной системы,<br />

которая влияла на эффективность организации смешанных перевозок, в значительной степени<br />

способствовали созданные в 1978 г. на Дальнем Востоке на базе морских торговых портов<br />

транспортные узлы нового типа.<br />

Транспортные узлы обеспечивали обеспечивали выполнение основных, операций по<br />

обработке грузопотоков, способствовали улучшению взаимодействия разных видов транспорта.<br />

В них, в конечном счете, фокусируются интересы всех субъектов рыночнотранспортных<br />

услуг. С этой точки зрения их возрождение на новой основе являлось закономерным<br />

и обоснованным.<br />

III период - 1991 - 2000 гг. Период вхождения морского транспорта Дальнего Востока<br />

страны в условия рыночных отношений. Этот период связан с почти трехкратным падением<br />

объемов перевозок флотом пароходств дальневосточного бассейна, значительным сокращением<br />

переработки грузов в большинстве портов и выпуска продукции судоремонтными заводами,<br />

что было вызвано в основном издержками приватизации предприятий морского<br />

транспорта и кризисными явлениями в экономике страны.<br />

В то же время в сложных условиях переходного периода к рыночным отношениям морские<br />

пароходства и торговые порты региона к началу XXI в. сохранили необходимый потенциал<br />

для стабилизации своей производственно-финансовой деятельности и постепенного наращивания<br />

производственных мощностей и объемов транспортной продукции, с целью не<br />

только возвращения ранее утраченных позиций в этих направлениях, но и выхода на более<br />

достойные рубежи.<br />

При выработке дальнейшей стратегии переходных процессов для отдаленных территорий<br />

необходимо отчетливо понимать, что для России путь на Дальний Восток и Север объективен<br />

и неизбежен. Наряду с важнейшими факторами геополитического, военно-страте-<br />

4


гического и транспортного значения основной социально-экономической предпосылкой<br />

дальнейшего освоения и устойчивого развития этих территорий объективно являются природные<br />

ресурсы. Но уровень хозяйственного освоения Дальнего Востока и граничащих с ним<br />

районов Восточной Арктики находится в прямой зависимости от эффективности морской<br />

деятельности в этом регионе, главным инструментом которой является флот.<br />

Основная цель экономической реформы на морском транспорте заключалась в формировании<br />

различных форм собственности на основе разгосударствлении и приватизации. Но<br />

развитие рыночных отношений в отрасли только на этой основе, без создания необходимых<br />

условий для свободной хозяйственной деятельности предприятий, не могло привести и не<br />

привело к достаточно быстрым положительным результатам в производственной деятельности.<br />

Более того, неоправданно ускоренная приватизация морских пароходств, портов и судоремонтных<br />

заводов, проведенная в условиях общего экономического спада, повлекла, негативные<br />

результаты в этом направлении. Приватизация и акционирование не привели и к созданию<br />

к исходу XX века нормальной конкурентной среды на рынке морских транспортных<br />

услуг и появлению достаточного количества эффективных собственников в дальневосточном<br />

бассейне страны.<br />

Именно поэтому дальнейший процесс разгосударствления и приватизации собственности<br />

на морском транспорте, как Дальнего Востока, так и России в целом должен был осуществляться<br />

более взвешенно: с учетом реальной стоимости основных фондов, принципа социальной<br />

справедливости, использования лучшего собственного опыта и опыта приватизации<br />

зарубежных морских организаций, с большей ориентацией на региональные особенности.<br />

Производственные связи морского транспорта гораздо шире, чем во многих других отраслях.<br />

Продолжая производственный процесс всех отраслей народного хозяйства, морской<br />

транспорт оказывает большое влияние на экономику страны в целом и каждого ее региона, в<br />

том числе на экономику Дальнего Востока, где морской транспорт, с учетом его географического<br />

положения и природных факторов, играет особенно заметную роль. В условиях Дальневосточного<br />

бассейна становится наиболее важным то, что по многим техникоэкономических<br />

показателям морской транспорт превосходит другие его виды: самая большая<br />

единичная грузоподъемность транспортных средств, практически неограниченная пропускная<br />

способность морских путей, сравнительно малые капитальные вложения и затраты на<br />

перевозку 1 т груза. В результате морские перевозки, особенно на дальние расстояния, становятся<br />

и самыми дешевыми. Именно на эту цель и направлена предпринимательская деятельность<br />

в сфере морского транспорта, тем более что разгосударствление значительной части<br />

морского транспортного комплекса и создание условий для конкуренции ведут к необходимости<br />

создания сети малого и среднего бизнеса.<br />

Распад Советского Союза оказал значительное влияние на геополитическое положение<br />

России, на возможности развития ее экономики в целом и внешнеэкономической деятельности<br />

в том числе. К началу 1992 г. в России осталось 10 из имеющихся в СССР 17 морских<br />

пароходств, 35 из 70 морских торговых портов, 13 из 34 судоремонтных заводов отрасли.<br />

Благополучие морского транспорта СССР базировалось на двух основных элементах. Вопервых,<br />

на достаточно жестком контроле за грузовой базой со стороны государства; вовторых,<br />

на хорошо оснащенном и постоянно обновляемом флоте. Обе эти позиции оказались<br />

в значительной степени утраченными.<br />

Анализ и оценка реального состояния морского транспорта страны привели к разработке<br />

и принятию Программы возрождения торгового флота России на 1993-2000 гг. Основной<br />

целью программы было воссоздание целостной и эффективной системы морского транспорта<br />

России, которая способна обеспечить потребность страны и каждого ее региона во внутренних<br />

и внешнеторговых перевозках.<br />

Однако результаты реализации этой целевой программы в целом, а также всех ее региональных<br />

составляющих по итогам ее первого этапа оказались в пределах 30 % выполнения<br />

от запланированных объемов инвестиций по всем источникам финансирования. Это в<br />

итоге привело к необходимости в августе-октябре 1996 г. существенной корректировки про-<br />

5


граммы и продления сроков ее реализации до 2005 г., в том числе по флоту и ряду береговых<br />

объектов Дальневосточного бассейна.<br />

Наиболее важные аспекты этой программы по Дальневосточному бассейну были также<br />

включены в «Федеральную целевую программу экономического и социального развития<br />

Дальнего Востока и Забайкалья на 1996-2005 гг.». Наряду с указанными программами, связанными<br />

с возрождением и развитием морского транспорта России и ее Дальнего Востока,<br />

позже была принята другая федеральная целевая программа «Модернизация транспортной<br />

системы России (2002-2010 гг.)», в состав которой вошла подпрограмма « Морской транспорт».<br />

Таким образом, была обеспечена непрерывность процесса развития морского торгового<br />

флота региона и всей его береговой инфраструктуры.<br />

Сложившиеся к началу XXI века тенденции в развитии отечественного морского флота<br />

способствовали возрастанию иностранного влияния на рынке транспортных услуг России, в<br />

том числе и в зоне дальневосточного бассейна. Это привело к усилению зависимости от иностранных<br />

перевозчиков, увеличению расходов на оплату фрахта, сокращению валютных поступлений<br />

в страну и в конечном счете к снижению роли отечественного морского транспорта<br />

в обеспечении экономической безопасности государства. Основными причинами, определившими<br />

негативные тенденции в состоянии и развитии флота России, стали чрезмерно высокий<br />

уровень налогообложения, неконкурентоспособные условия окупаемости инвестиционных<br />

проектов при строительстве судов в России и за рубежом, недостаточность административно-правовых<br />

форм государственного регулирования деятельности морского транспорта.<br />

Исследование зарубежного опыта в области государственного регулирования показывает,<br />

что многие морские державы на протяжении уже многих лет реализуют свою государственную<br />

стратегию в области судоходства за счет различных методов и форм государственного<br />

регулирования, которые позволяют им иметь торговый флот, обеспечивающий защиту<br />

их политических и экономических интересов.<br />

К сожалению, анализ основных показателей и факторов экономической безопасности<br />

морского транспорта страны, включая регион Дальнего Востока, показывает, что государственная<br />

политика России в этом направлении в 1990-е гг. не была адекватной сложившейся<br />

ситуации. Именно поэтому, учитывая особую роль морского транспорта в системе экономической<br />

безопасности страны, важно уже в ближайшие годы обеспечить в рамках государственной<br />

политики решение достаточно конкретных задач.<br />

Они заключаются в повышении конкурентоспособности отечественных судоходных<br />

компаний, в позитивном влиянии на развитие перспективных внутренних и внешних грузопотоков,<br />

определяющих загрузку флота и портов, в создании более благоприятных условий в<br />

системе налогообложения и в реализации федеральной целевой программы «Модернизация<br />

транспортной системы России (2002-2010 гг.), включая ее составляющую по Дальневосточному<br />

бассейну.<br />

Следует отметить, что морская деятельность по обеспечению экономической безопасности<br />

страны должна осуществляться в комплексе с проведением конкретных мер по обеспечению<br />

собственной безопасности морского флота, связанной с особенностями водной стихии.<br />

Этот вывод обусловливает анализ историко-экономических аспектов аварийности флота<br />

морских пароходств Дальневосточного бассейна. Совершенно ясно, что безопасность<br />

морской деятельности включает безопасность мореплавания, поиск и спасание на море, защиту<br />

и сохранение морской среды и обеспечивается соблюдением соответствующих норм<br />

международного права и российского законодательства, а также государственным контролем<br />

над выполнением классификационных требований к техническому состоянию и годности<br />

судов, их оснащению и обеспечению, подготовке и сертификации судовых экипажей и соответствующих<br />

береговых служб обеспечения.<br />

Успешная производственная деятельность предприятий морского транспорта России<br />

всегда зависела от степени решения социальных проблем и обеспеченности квалифицированными<br />

специалистами всех уровней. В период проведения рыночных реформ эти аспекты<br />

не утратили своей актуальности. Что касается системы подготовки кадров и повышения их<br />

6


квалификации для флота и береговых предприятий морского транспорта Дальнего Востока,<br />

то в основе она была сформирована к середине 1970-х гг. и продолжала совершенствоваться<br />

без принципиальных изменений весь период 1980-х гг. Она позволяла обеспечивать необходимыми<br />

специалистами все предприятия отрасли в регионе.<br />

Однако условия работы и развития морского транспортного комплекса России и ее<br />

Дальнего Востока, которые сложились в период вхождения в рыночную экономику, обусловили<br />

необходимость существенной реорганизации всей системы подготовки кадров, прежде<br />

всего специалистов высшего и среднего уровней. В результате в 1990-е гг. была внедрена<br />

принципиально новая система непрерывного многоуровневого морского образования.<br />

В период рыночных реформ, как и прежде, кадровая политика остается тесно связанной<br />

с политикой социальной, в решении проблем которой появились свои сложности. Они обусловлены<br />

свертыванием социальных программ предприятий и снижением уровня социальной<br />

защищенности наемных работников.<br />

Таким образом, исследование истории отечественного морского транспорта Дальнего<br />

Востока во 2-й половине XX в. и начале XXI в. показывает, что он играл и продолжает играть<br />

важную роль в жизни государства. Морской транспорт для России был и остается стратегической<br />

отраслью и должен пользоваться соответствующей государственной поддержкой,<br />

в том числе в границах реализации федеральных программ возрождения и развития торгового<br />

флота страны.<br />

Одной из главных задач при формировании стратегии государственного регулирования<br />

деятельности транспорта является создание условий для поддержания такого уровня развития<br />

всех видов транспорта, который позволит при любых условиях удовлетворить основные<br />

потребности экономики и населения в перевозках, в том числе в чрезвычайных ситуациях.<br />

При этом необходимо обеспечить противостояние внутренним и внешним угрозам, снижающим<br />

экономическую безопасность транспорта.<br />

К основным внутренним угрозам, затрагивающим интересы морского транспорта России<br />

и ее Дальнего Востока в период 1990-х гг. и начала 2000-х гг., относятся следующие:<br />

- ухудшение управляемости транспортной системой страны;<br />

- высокая степень износа производственных фондов;<br />

- дефицит пропускных и провозных способностей отдельных транспортных коммуникаций,<br />

в том числе морских портов и причалов;<br />

- недостаточная координация взаимодействия различных видов транспорта;<br />

- падение уровня научно-технического потенциала и результативности научно-исследовательских<br />

работ по причине сокращения их финансирования.<br />

Что касается внешних угроз, также снижающих уровень экономической безопасности<br />

транспортной системы страны в целом, ее регионов и отдельных видов транспорта (в том числе<br />

морского транспорта), то к ним в анализируемый период правомерно отнести следующие:<br />

- снижение спроса на грузовые и пассажирские перевозки из-за кризисного состояния<br />

экономики страны;<br />

- сокращение транзитных перевозок грузов зарубежных стран по территории России;<br />

- недостаточное развитие транспортной инфраструктуры для осуществления экспортноимпортных<br />

операций;<br />

- значительная зависимость от зарубежных поставок транспортных средств как следствие<br />

отставания отечественного транспортного машиностроения;<br />

- низкий уровень государственной системы отечественного протекционизма для отечественных<br />

перевозчиков;<br />

- возникновение транспортных коридоров вне России, но с целью отвлечения транспортных<br />

потоков с российских коммуникаций.<br />

На быстрейшее устранение всех этих негативных факторов внутренних и внешних угроз<br />

экономической безопасности транспортной системы Российской Федерации и должна<br />

была быть в значительной степени направлена государственная транспортная политика в це-<br />

7


лом и государственная морская политика в частности, в том числе и в регионе Дальневосточного<br />

бассейна.<br />

Трудно назвать другую такую сферу хозяйственной деятельности, как морское судоходство,<br />

которая охватывала бы весь земной шар и имела столь важное значение не только<br />

для развития международных экономических связей, но и обеспечения национальной безопасности<br />

страны. Однако эта важная сфера деятельности морского флота всегда была сопряжена<br />

с обеспечением и собственной безопасности, прежде всего безопасности мореплавания.<br />

Несмотря на внедрение в практику судоходства самых передовых достижений науки и<br />

техники, использование при строительстве судов новейших технологий, в море продолжают<br />

происходить трагедии. Ежегодно в мире десятки судов по различным причинам терпят аварии,<br />

тонут, наконец - просто исчезают. Гибнут сотни людей.<br />

В зависимости от обстоятельств все морские происшествия можно разделить на определенные<br />

группы:<br />

– вызванные сложными гидрометеорологическими условиями;<br />

– связанные с ошибками судоводителей или столкновением с неизвестными, надводными<br />

и подводными, предметами;<br />

– обусловленные ошибками при маневрировании на ограниченном пространстве;<br />

– и наконец, самые сложные, связанные со смещением грузов, их самовозгоранием и<br />

взрывами.<br />

К этим причинам аварийных ситуаций необходимо добавить неполадки с судовыми<br />

энергетическими установками, рулевой системой, неадекватной реакцией на радиосообщения,<br />

а в некоторых случаях и морской терроризм, проще говоря – элементарное пиратство.<br />

Правда, современные наследники буканьеров XVII века, вдохновленные подвигами Френсиса<br />

Дрейка и Джона Хокинса, действуют географически не столь масштабно, но в последние<br />

годы тоже стали серьезной проблемой для безопасности судоходства, особенно в Индийском<br />

океане вблизи берегов Самали.<br />

Но и поучительная история аварийности как отечественного, так и всего мирового торгового<br />

флота, а также современное пиратство – это отдельные темы. Но эти негативные явления<br />

справедливо волнует морскую общественность, которая требует от ведущих морских<br />

держав более конкретных и эффективных действий и сокращению аварийности, и по искоренению<br />

пиратства.<br />

При этом необходимо отметить, что анализ аварийности мирового флота в период 1990<br />

– 2000гг. показывает, что одной из основных причин наиболее крупных 15 морских катастроф,<br />

в каждой из которых погибло более 80 человек, является человеческий фактор. Жертвами<br />

этих 15 морских катастроф стало более 4600 человек.<br />

К сожалению, продолжаются аварии и на флоте судоходных компаний дальневосточного<br />

бассейна. Только в январе 2007г. была допущена посадка на грунт на внутреннем рейде<br />

порта Таранто (Италия) теплохода «Челябинск» дальневосточного морского пароходства; в<br />

Японском море в условиях хорошей видимости произошло столкновение теплохода «Пионер<br />

Холмска» Сахалинского морского пароходства с транспортным рефрижератором «Татарстан»<br />

(судовладелец «Востоктранссервис»); при выходе из порта Петропавловск-Камчатский<br />

контейнеровоз «Капитан Артюх» Дальневосточного морского пароходства значительно уклонился<br />

от линии створ, коснулся грунта и получил пробоину в районе машинного отделения,<br />

которое было затоплено.<br />

Все три аварии были связаны с навигационными ошибками, которые были допущены<br />

командным составом указанных судов.<br />

Анализ этих и многих других аварий с флотом судоходных компаний дальневосточного<br />

бассейна, как, впрочем, и всех других морских бассейнов страны обусловливает постановку<br />

следующих вопросов. Как свести к минимуму основную причину аварийных ситуаций<br />

– человеческий фактор? Почему при реальном совершенствовании организаций<br />

обучения и повышения квалификации плавсостава отмечается слабый уровень подготовки<br />

судовых специалистов?<br />

8


Но при всей своей важности человеческий фактор не всегда был и остается решающим.<br />

Люди часто бессильны против устаревания техники. Ошибки, вызванные усталостью экипажей,<br />

опасны, но они преодолимы при разумной организации. От усталости же корпуса судна, обусловленной<br />

его возрастом, единственной кардинальной формой спасения является вывод судна<br />

из состава действующего флота и его списание. Нельзя допускать чтобы истинным виновником<br />

многих происшествий и аварий становилась экономическая целесообразность использования<br />

старого тоннажа, т. е. закон получения прибыли любой ценой.<br />

За последние годы в России проводятся важные целевые мероприятия, направленные на<br />

совершенствование механизма государственного управления функционированием и развитием<br />

морского транспорта. Одним из них является формирование законодательной базы, отвечающей<br />

современным требованиям. Без этого невозможно преобразование отечественной морской<br />

транспортной системы в эффективную, высокодоходную отрасль, отвечающую международным<br />

стандартам в организационном и техническом отношениях, конкурентоспособную на мировом<br />

транспортном рынке, полностью обеспечивающую потребности страны в морских внешнеторговых,<br />

транзитных каботажных (в том числе арктических) перевозках грузов и пассажиров, а<br />

также обеспечение экспорта транспортных услуг.<br />

К нормативно-правовым документам, определяющих государственную политику в области<br />

морского транспорта прежде всего относится: «Морская доктрина РФ на период до<br />

2020 года», утверждённая Указом Президента РФ 27 июля 2001 года. В рамках этой доктрины<br />

и была разработана федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы<br />

России (2002-2010 годы)».<br />

Проектом новой федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы<br />

России (2010-2015 годы)» потребность в инвестициях из федерального бюджета на только<br />

развитие портовой инфраструктуры ДВ бассейна оценивается в 74 млрд. рублей (42% от инвестиций<br />

в портовую инфраструктуру страны). Кроме того, ФЦП «Экономическое и социальное<br />

развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года» предусматривает<br />

финансирование в развитие портовой инфраструктуры в 2010-2013 годах - 6,1 млрд. рублей.<br />

Средства федерального бюджета будут направляться на развитие портов, обеспечивающих<br />

основной прирост перевозок экспортно-импортных и транзитных грузов и на реконструкцию<br />

объектов федеральной собственности портов, являющихся базовыми для обеспечения<br />

жизнедеятельности Северо-Восточных районов Дальневосточного региона.<br />

Основные объемы перевалки внешнеторговых и транзитных грузов на бассейне планируется<br />

обеспечить за счет развития портов Восточный, Ванино, Пригородное и Де-Кастри.<br />

В порту Владивосток планируется создание современного пассажирского комплекса,<br />

рассчитанного на одновременную обработку трех круизных судов длиной до 350 метров.<br />

Пропускная способность комплекса до полумиллиона туристов в год. Развитие порта Находка<br />

сдерживается ограниченной городской застройкой территорией и недостаточными глубинами<br />

у причалов. Планируется решить за счет выноса линии существующих причалов более<br />

чем на 50 метров в море.<br />

Планируется реконструкция портов, обеспечивающих жизнедеятельность регионов, не<br />

имеющих сухопутной связи с основной территорией страны. (Холмск, Магадан, Петропавловск-Камчатский,<br />

Анадырь). В настоящее время эти порты имеют очень малую загрузку, но<br />

являются базовыми для организации «северного завоза» и эффективность их работы прямо<br />

влияет на стоимость этой, финансируемой из бюджета операции. Реализация этих мероприятий<br />

позволит увеличить к 2015 году грузооборот дальневосточных портов до 145 млн. тонн.<br />

Важным аспектом подъема морского статуса российского государства является развитие<br />

собственного флота. Многие российские суда ходит под иностранным флагом. В последнее<br />

время идет процесс обновления флота, но создается он в основном на иностранных верфях.<br />

Продолжается старение отечественных судов, находящихся под юрисдикцией России, в том<br />

числе в судоходных компаниях Дальнего Востока.<br />

В марте 2007 года Президентом России подписан указ о создании Объединенной судостроительной<br />

корпорации. Приоритетными направлениями деятельности корпорации и ее<br />

9


дочерних обществ, станут разработка, производство, поставка, обслуживание, ремонт и утилизация<br />

судостроительной техники военного и гражданского назначения. Документ также<br />

предусматривает учреждение трех 100-процентных ОСК, в том числе ОАО «Дальневосточный<br />

центр судостроения и судоремонта» (Владивосток).<br />

Дальнейшая интеграция морской отрасли России в мировой рынок морских перевозок<br />

должна сопровождаться модификацией национальной судоходной политики, ориентированной<br />

на решение задачи по ведению эффективной конкурентной борьбы с иностранными судовладельцами<br />

за российский рынок, где акцент должен быть смещен в сторону грузов российской<br />

внешней торговли. Одновременно должны проводиться активные действия на всех<br />

внешних рынках, включая Азиатско-Тихоокеанский регион, с целью получения для российского<br />

морского флота определенных ниш для перевозки грузов.<br />

В настоящее время складывается новая система регулирования социально-трудовых<br />

отношений. В основу её положен принцип социального партнерства, который предполагает<br />

необходимость налаживания нормального взаимодействия главных субъектов рыночных отношений<br />

- работодателей и наемных работников. В этой ситуации кадровая политика должна<br />

быть тесно связана с социальной политикой, которая призвана создавать каждому человеку<br />

условия, позволяющие ему своим трудом, предприимчивостью обеспечивать собственное<br />

благосостояние.<br />

Кадровая политика на морском транспорте в годы рыночных реформ, как и прежде, направлена<br />

на подготовку и переподготовку специалистов всех уровней для флота и береговых<br />

предприятий отрасли. Но наибольшие сложности в этот период возникли с подготовкой и<br />

использованием квалифицированных специалистов на морском флоте, что связано в основном<br />

со старением и численным сокращением состава флота пароходств и уменьшением объемов<br />

морских перевозок, появлением новых коммерческих судоходных компаний, вынужденным<br />

уходом значительной части отечественного торгового флота под иностранные флаги.<br />

Это обусловливает необходимость совершенствования системы профессионального обучения<br />

и повышения квалификации кадров плавсостава, включающей внешнее и внутрифирменное<br />

обучение, для приведения уровня квалификации моряков, прежде всего комсостава<br />

судов, в соответствие с требованиями международных конвенций и формированием требуемого<br />

уровня профессионализма в соответствии с изменяющимися экономическими, технологическими<br />

и социальными условиями.<br />

Литература<br />

1. Зеленцов В.В. Морской транспорт Дальнего Востока во второй половине XX века. Владивосток:<br />

Дальнаука, 2003. - 237с.<br />

2. Зеленцов В.В. Морской транспорт Дальнего Востока в системе экономической безопасности государства<br />

(исторические аспекты) //Транспортное дело России. - 2005. - Выпуск№3. - с.126–129.<br />

3. Конталев В.А. Отечественный торговый флот в период с 1946 по 1985 гг.: история развития, техническая<br />

политика СССР. - Владивосток: ДВГУ, 2000. - 110 с.<br />

4. Луговец А.А. Морской флот в транспортной системе России. - М.: «Дека», 2003. - 336 с.<br />

5. Зеленцов В.В. Вопросы периодизации развития морского транспорта Дальнего Востока во второй половине<br />

XX века // Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы шестой международной научно–практической<br />

конференции. – Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2005. - с. 39–40.<br />

10


СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ<br />

НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ<br />

Домбраускене Галина Николаевна<br />

к.и., доцент каф. истории искусства и культуры<br />

Института социально-политических проблем управления<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Первое в истории русского мореходства кругосветное плавание 1809 г., совершенное<br />

экипажами шлюпов «Надежда» и «Нева» под командованием Ивана Фёдоровича Крузенштерна<br />

и Юрия Фёдоровича Лисянского, открыло новые перспективы политического, экономического,<br />

научного и социально-культурного развития нашей страны.<br />

Известно, что экспедиция, основной целью которой было расширение торговоэкономического<br />

пространства, превзошла все ожидания: был сделан существенный вклад в<br />

науку, в частности, начинает развиваться океанография. На карту мира были нанесены новые<br />

острова, проливы, рифы, мысы, уточнены координаты целого ряда островов, сделаны изменения<br />

в морских картах. Велись наблюдения за морскими течениями, температурой и плотностью<br />

воды на глубинах до 400 метров, а так же за приливами и отливами. Позже Крузенштерном<br />

был составлен «Атлас южных морей», который стал практическим руководством<br />

для российских мореплавателей в Тихом океане и южных широтах.<br />

Проект был успешным, и он дал мощный импульс для становления жизненно-важной<br />

для государства отрасли, 200-летие которой мы отмечаем в этом году.<br />

Помимо экономических и политических задач, развитие морского транспорта тесно сопряжено<br />

с развитием международных отношений. Отсюда проистекает необходимость в выработке<br />

важных механизмов межкультурного взаимодействия.<br />

Очевидным является то, что русский моряк за пределами своей страны становится ее<br />

представителем. По его поведению судят о государстве в целом, о нас - россиянах, об уровне<br />

нашей культуры и образовании.<br />

История сохранила сведения о том, что такие морские офицеры, как Н. П. Резанов,<br />

В. М. Головнин, Ф. П. Врангель, Ф. П. Литке, Ф. Ф. Матюшкин были прекрасно образованны,<br />

проводили научные исследования, знали несколько иностранных языков, а также проявляли<br />

незаурядные художественные дарования. Граф Николай Петрович Резанов, вызывал<br />

восхищение в светском собрании в Сан-Франциско своей игрой на скрипке, которую везде<br />

возил с собой.<br />

В настоящее время, в условиях развития современной России и в связи с целями, определяющими<br />

государственную политику в XXI веке, все настойчивее ставится вопрос о морально-нравственном<br />

и социально-культурном воспитании подрастающего поколения. Не<br />

маловажен он и для курсантов морских вузов, которые должны быть достойными продолжателями<br />

традиций Российского флота.<br />

В конце 90-х гг. ХХ века начинает активно развиваться специализированная область<br />

общественной практики – социально-культурная деятельность. Появляются научные лаборатории.<br />

Во многих университетах страны была открыта соответствующая специальность.<br />

Содержание, назначение и способы реализации социально-культурной деятельности<br />

основываются на важнейших потребностях общественного и личностного развития. Социально-культурная<br />

деятельность выполняет ряд важнейших функций, востребованных современным<br />

обществом.<br />

развивающая функция - развитие и самовоспитание личности, ее социальное самоутверждение;<br />

информационно-просветительная - формирование интеллектуальных качеств, стимулирование<br />

самообразования, приобретение определенной системы знаний, получение необходимой<br />

информации, обновление знаний;<br />

11


нормативная - формирование общегуманистических нравственных качеств, социализация<br />

личности через усвоение условий окружающей среды, способов и образцов социального<br />

поведения и действий, ориентирование в знаниях, нормах и ценностях группы, коллектива,<br />

организации, территориальной общности, в которые входит индивид;<br />

коммуникативная - диалог культур, раскрытие достижений национальных и региональных<br />

культурных ценностей; межличностное общение, формирование культуры деловых<br />

и неформальных отношений,<br />

культуротворческая (преобразовательная) - освоение ценностей культуры, вовлечение<br />

личности в процесс создания ценностей культуры, в различные формы художественного,<br />

технического, социального творчества<br />

культуроохранная – создание условий для сохранения национального и мирового<br />

культурно-исторического наследия.<br />

рекреативная - формирование празднично-обрядовой и игровой культуры, обеспечение<br />

зрелищно-развлекательного досуга для восстановления физических и интеллектуальных<br />

сил человека, гармонизации психики через организацию различных видов рекреационноразвлекательной<br />

деятельности, среди которых наиболее важное значение имеют, свободное<br />

межличностное общение, игра, восприятие развлекательных зрелищ и любительское художественное<br />

исполнительство [3].<br />

Через эти функции реализуются культуросозидающие возможности общества и происходит<br />

культурно-творческое развитие личности. Полноценная реализация этих функций возможна<br />

только высококвалифицированными специалистами, которые обучены современным<br />

социокультурным технологиям.<br />

Ведущими вузами в этом направлении сейчас являются Московский государственный<br />

университет культуры и искусства, а также С. – Петербургский Гуманитарный университет<br />

профсоюзов. В Морском государственном университете им. адм. Г. И. Невельского с 2006<br />

года эта специальность была открыта. Обучаются студенты - будущие менеджеры социально-культурной<br />

сферы. Их профессия в нашем регионе приобретает особый смысл и направление,<br />

т.к. наш край включен в систему морского транспорта и находится на пересечении<br />

международных отношений стран азиатско-тихоокеанского региона. В нашем городе проводится<br />

культурная политика по реализации межкультурной коммуникации.<br />

Не менее важна социально-культурная работа и на морском транспорте, непосредственно<br />

на судах в среде экипажа.<br />

В советское время была такая должность – политрук, которая существовала и на морских<br />

судах. Политрука часто называли «лекарем» человеческих душ. В его задачи входило<br />

социально-политическое воспитание членов экипажа, работа по разъяснению государственной<br />

политики, а также проведение бесед, посвященным великим датам. (этот день в Российской<br />

Федерации отмечается 11 сентября - День специалистов органов воспитательной работы<br />

(День замполита и политрука).<br />

В постсоветский период много говорилось о недостатках подобной формы политического<br />

и культурно-просветительского воспитания, о его излишней идеологизации, отсутствии<br />

творческо-развивающих и рекреационно-воспитательных форм культурно-досуговой<br />

деятельности, которые способствовали бы развитию личности, снятию психофизического<br />

напряжения у членов экипажа, находящихся длительное время в весьма ограниченном жизненном<br />

пространстве.<br />

На современном этапе задача специалиста, осуществляющего социально-культурную<br />

деятельность на морском транспорте, создать условия для сбалансированной социокультурной<br />

работы, где должное внимание будет уделено потребностям личностного развития членов<br />

экипажа, а также достойное внимание к национально-историческому наследию страны и<br />

региона.<br />

В связи с этим хочется вспомнить слова первого правителя русских колоний на Аляске<br />

Фёдор Петрович Литке, который в 1826 г. отправляясь в кругосветное плавание, напутствовал<br />

свой экипаж такими словами: «Помните, что мы идем в кругосветный вояж, что за нами<br />

12


далеко и надолго останется Россия, что с флагом нашим на «Сенявине» мы несем славу,<br />

честь, величие и гордость дорогой родины. И я уверен, что вы будете высоко держать честь<br />

нашего военного флота».<br />

Литература<br />

1. Киселева, Т.Г. Социально-культурная деятельность [Текст]: учебник / Т.Г. Киселева,<br />

Ю.Д. Красильников. – М.: МГУКИ, 2004. С. 95–109.<br />

2. Новикова, Г.Н. Технологические основы социально-культурной деятельности [Текст] /<br />

Г.Н. Новикова.– М.: МГУКИ, 2004. С. 67–82.<br />

3. Первушина, О.В. Социально-культурная деятельность (теоретические основы) [Текст]: учеб. пособие<br />

/ О.В. Первушина. Барнаул: Изд-во АГИИК, 2002. С. 56–67.<br />

13


СЕКЦИЯ 1<br />

БЕЗОПАСНОСТЬ МОРЕПЛАВАНИЯ<br />

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВОЗКИ АВТОМОБИЛЕЙ НА СОВРЕМЕННЫХ<br />

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СУДАХ<br />

Андреев Артем Иванович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: доцент Пузачёв А.Н.<br />

По своему назначению суда морского флота разделяются на транспортные, служебновспомогательные<br />

и технического флота. Основным звеном является транспортный флот,<br />

классификация которого в настоящее время производится по роду перевозимого груза. Учитывая<br />

известное выражение «груз создает судно», можно утверждать, что характеристики<br />

груза и грузопотока обусловливают параметры и тип транспортных средств.<br />

Транспортная классификация обычно предусматривает разделение всей совокупности<br />

грузов на определенные категории, классы, подклассы, род, вид и подвид.<br />

Рассмотрим такой вид груза, как подвижная техника. Для перевозки автомобилей зачастую<br />

используются неспециализированные суда. Особенно это наблюдалось в Дальневосточном<br />

бассейне. Автомобили перевозились на сухогрузах, контейнеровозах, даже на рыболовных<br />

судах. Погрузка осуществлялась с помощью береговых кранов, или грузовых устройств,<br />

находящихся на судне, что приводило к проблематичным и не быстрым грузовым<br />

операциям, автомобили ставили на любое свободное место на палубе, наваривали конструкции.<br />

В качестве креплений использовались синтетический трос и рычаг-скрутка.<br />

Индивидуальная схема крепления легкового автомобиля<br />

1 - рычаг-скрутка; 2 - синтетический трос<br />

Из-за того что автомобили устанавливались на не совсем пригодных для этого местах и<br />

на открытой палубе, возникали проблемы порчи груза, были случаи когда автомобили било<br />

волнами, перетирались и лопались синтетические тросы, что приводило к столкновениям.<br />

14


В отличии от неспециализированных судов, Современный автомобилевоз представляет<br />

собой необычайное в конструкторском плане судно, обеспечивающем очень быструю<br />

погрузку, выгрузку автомобильной техники своим ходом через аппарели на несколько<br />

палуб-пантусов и обеспечены стационарными средствами крепления, рассчитанными на<br />

достаточный запас прочности и надёжности крепления этих подвижных средств.<br />

Судно для перевозки автомобилей<br />

По внешнему виду и по способу погрузки и разгрузки они больше похожи на плавучие<br />

многоэтажные гаражи, чем на обычные суда. При погрузке автомобили въезжают на такое<br />

судно обычно через бортовые лацпорты и разъезжаются по палубам с помощью внутренних<br />

аппарелей. Используемые для трансокеанских перевозок автомобилей большие суда могут<br />

принять на десять своих грузовых палуб от 3 до 4 тыс. легковых автомашин средних размеров.<br />

Самое большое судно такого типа было построено в 1974 г. в Японии, на это судно<br />

можно погрузить 6 тыс. легковых автомобилей. Погрузка судов для перевозки автомобилей<br />

может производиться одновременно по кормовой, бортовым и реже носовой грузовым рампам.<br />

Каждый автомобиль заводится на судно или сходит с него своим ходом. Суда для перевозки<br />

автомобилей имеют очень большую высоту надводного борта, еще большую, чем у<br />

контейнеровозов и судов с горизонтальной погрузкой. Контейнеры, трейлеры (грузовые автоприцепы),<br />

автомобили и другие подобные грузы занимают при погрузке значительно<br />

больший объем, чем сравнительно плотно уложенные генеральные грузы в трюмах обычных<br />

сухогрузных судов. Однако эти особенности специализированных судов и соответственно<br />

больший расход материалов на их постройку с избытком перекрываются выигрышем от увеличения<br />

провозной способности вследствие сокращения затрат времени на проведение грузовых<br />

операций. Высокорасположенные грузы, размещаемые преимущественно на грузовых<br />

палубах, лежащих выше ватерлинии, а также на верхней палубе, при качке судна подвергаются<br />

воздействию значительных инерционных сил. Для предотвращения связанных с этим<br />

неприятных последствий на современных контейнеровозах и судах с горизонтальной погрузкой<br />

применяются успокоители качки. Они представляют собой устройства, противодействующие<br />

вынужденным колебаниям судна, возбуждаемым волнами, и удерживающие судно в<br />

положении, близком к прямому. Различают успокоители качки двух принципиально различных<br />

типов: бортовые управляемые рули и жидкостные успокоительные цистерны. Бортовые<br />

управляемые рули могут действовать только на ходу судна, так как для возникновения усилий,<br />

препятствующих его наклонениям, рули должны обтекаться набегающим потоком воды.<br />

Сложный механизм управления обеспечивает ежеминутно такой угол отклонения рулей в<br />

нужную сторону, чтобы создавался момент, противодействующий крену судна при качке.<br />

15


Даже при сильном волнении крен у судов, оборудованных бортовыми управляемыми рулями,<br />

не превышает 5.<br />

Намного проще по конструкции жидкостные успокоительные цистерны. Жидкость<br />

(чаще всего вода, а в некоторых случаях жидкое топливо) может свободно перетекать в успокоительной<br />

цистерне, простирающейся от борта до борта.<br />

Принцип действия успокоительной цистерны заключается в том, что колебания жидкости<br />

в ней отстают по фазе от колебаний самого судна, и жидкость всегда перемещается на<br />

борт, противоположный наклонению, уменьшая тем самым крен судна при качке.<br />

Грузовая палуба автомобилевоза похожа на огромную многоэтажную парковку. Как<br />

уже было упомянуто, эти суда оснащены стационарными средствами крепления автомобилей,<br />

это как правило с крюками и талрепом, что позволяет быстро и надежно зафиксировать<br />

автомобиль. В палубе имеются отверстия с рымами, за которые фиксируются крюки тросов,<br />

которые обеспечивают быструю и надежную фиксацию.<br />

На неспециализированных судах эту роль выполняют наваренные рымы на палубе, или<br />

первое что попадется под руку, например леер.<br />

Так же на грузовой палубе автомобилевоза имеется специальная разметка, что то вроде<br />

разметки на автомобильной дороге, это позволяет быстро и без суеты поставить автомобиль<br />

на указанное место.<br />

В процессе погрузки участвуют подгонщики автомобилей, люди занятые креплением<br />

(как правило, один сзади, другой спереди), а так же человек, занятый контролем въезда. Команда,<br />

по которой разрешается въезд на указанное место осуществляется свистком.<br />

К сожалению литературы по этой теме практически нет, в качестве дипломной работы,<br />

мною будет представлен фильм, в котором будет четко отражена погрузка на специализированном<br />

судне-автомобилевозе. Посмотрев этот фильм, можно будет увидеть, что грузовые<br />

работы производятся быстро и качественно, что за сохранность груза, его владелец может не<br />

беспокоиться, автомобили будут надежно закреплены и доставлены до места назначения.<br />

АНАЛИЗ УПРАВЛЯЕМОСТИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТОР-СУДНО<br />

Аношкин Олег Валерьевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />

fadyushin@msun.ru<br />

Анализ аварий и инцидентов на море, произошедших за последние 30 лет, привёл к постепенному<br />

отходу международного морского сообщества от одностороннего подхода, сфокусированного<br />

на технических требованиях к конструкции и оборудованию судна. Этот анализ<br />

заставил обратить внимание на тот подход, в котором признаётся роль человеческих<br />

факторов в безопасности на море, а оператор-судоводитель и судно рассматриваются как<br />

единая система [1].<br />

Под термином «человеческий фактор» в настоящей работе понимается научнотехническая<br />

категория, включающая в себя следующие субъективные факторы:<br />

психологические качества морского специалиста как личности;<br />

уровень профессиональной подготовки;<br />

опытность морского специалиста.<br />

По статистическим данным Федерального агентства морского и речного транспорта на<br />

долю этого фактора приходится около 80 % различных коллизий в судоходстве.<br />

Динамику движения судна можно задать известными из теории корабля дифференциальными<br />

уравнениями [2]:<br />

16


dβ<br />

dτ<br />

+ q β + r ω + S δ R + h β 0;<br />

(1)<br />

21 21 21 1β<br />

=<br />

dω dτ<br />

q β + r ω + S δ 0;<br />

(2)<br />

+ 31 31 31 R =<br />

Человеческий фактор и судно, или перечисленные субъективные факторы и дифференциальные<br />

уравнения движения судна (1) и (2), образуют систему оператор-судно. Результаты<br />

анализа управляемости этой системы изложены в данной статье.<br />

Моделирование крупномасштабных сложных технических систем, какими являются<br />

системы типа оператор-судно, является задачей огромной сложности. Это объясняется рядом<br />

причин, из которых можно выделить следующие:<br />

затруднено количественное описание поведения субъектов, входящих в систему (операторов-судоводителей);<br />

существенную роль в системе играют недетерминированные (случайные, стохастические)<br />

процессы;<br />

неотъемлемой частью таких систем являются процессы принятия решений человеком,<br />

зависящие от психологических особенностей субъекта.<br />

Приступая к моделированию системы оператор-судно, её необходимо рассматривать<br />

как человеко-техническую систему с двумя главными компонентами: человек и судно. При<br />

этом необходимо учитывать, что главным звеном в сложной цепи рассматриваемой системы<br />

является оператор-человек, с его субъективными факторами. Действительно, аварии с морскими<br />

судами показывают, что ни автоматизация, ни оснащение их современными приборами<br />

управления не гарантируют полной безопасности движения. Основной причиной аварий<br />

являются субъективные («человеческие») факторы.<br />

Вопросу влияния субъективных факторов на управление движением судна посвящено<br />

немало исследований. Однако, до сих пор этот вопрос остается малоизученным. Попрежнему<br />

остаётся актуальной проблема выявления и оценки основных навигационных факторов,<br />

которыми руководствуется оператор-судоводитель, например, при расхождении с<br />

другими судами.<br />

Прежде всего, для определения основных навигационных факторов необходимо разложить<br />

сложное плоское движение (движение судна в плоскости горизонта) на два простых:<br />

вращательное (по линии пеленга) и поступательное (по линии, перпендикулярной линии пеленга).<br />

В результате будет получена следующая система уравнений, слагаемые которой обозначены<br />

так, как это принято в пропорциональной навигации [3]:<br />

D′<br />

= V<br />

ц<br />

Dη′<br />

= V<br />

cosη<br />

−V<br />

c<br />

с<br />

sinγ<br />

−V<br />

cosγ<br />

;<br />

ц<br />

sinη.<br />

(3)<br />

где D′ − скорость изменения дистанции между объектами;<br />

V ц − скорость объекта маневра;<br />

V c − скорость маневрирующего объекта;<br />

η − угол поворота линии пеленга;<br />

γ − угол упреждения;<br />

D − дистанция между объектами;<br />

η′ − скорость поворота линии пеленга.<br />

17


Величины, входящие в (3), характеризуют взаимное перемещение маневрирующего<br />

объекта и объекта маневра и поэтому могут использоваться в качестве основных навигационных<br />

факторов.<br />

Для количественной оценки динамики изменения текущих<br />

навигационных факторов относительно заданной эталон-<br />

r i<br />

ной ситуации каждый из них представлен в навигационном<br />

пространстве в виде радиус-вектора r i , изображенном на рис. 1.<br />

α<br />

Эталонная ситуация представлена также в виде радиус-вектора<br />

r t r 0 , и характеризуется среднестатистическими данными навигационных<br />

факторов, обеспечивающих нормативные критерии<br />

r 0 при расхождении судов. Тогда расхождение между r i и r 0 покажет<br />

рассеивание текущей ситуации, которое также представле-<br />

Рис. 1.<br />

но в виде радиус-вектора r t . Модуль r t в безразмерном виде<br />

можно рассчитать по формуле (4):<br />

2 2<br />

ri<br />

r0<br />

r<br />

2<br />

i r<br />

r<br />

0<br />

t = + − cosα<br />

(4)<br />

σ i σ i σi<br />

σi<br />

где r i − текущее значение i-го фактора;<br />

r 0 − заданное значение i-го фактора;<br />

σ i − средняя квадратическая погрешность i-го фактора;<br />

α − угол между r i и r 0 , выраженный во временной мере.<br />

Для каждого из факторов определяются статистические зависимости<br />

α r = f ( r t ),<br />

(5)<br />

где α r − угол перекладки руля.<br />

Для зависимостей (5) находятся коэффициенты корреляции, которые определяются в<br />

функции от времени по минимальной выборке. Затем строится диаграмма коэффициентов<br />

корреляции (диаграмма управляемости системы оператор-судно) и по ней путём сравнения с<br />

эталонной диаграммой производится оценка основных навигационных факторов конкретного<br />

оператора-судоводителя.<br />

На рис. 2 показана одна из таких характерных диаграмм.<br />

у<br />

1<br />

Коэффициент<br />

корреляции<br />

0,8<br />

0,6<br />

0,4<br />

0,2<br />

0<br />

-0,2 10 20 30 40 50 60 70 80 90<br />

-0,4<br />

-0,6<br />

-0,8<br />

-1<br />

5<br />

3<br />

6<br />

1<br />

Время<br />

А 2<br />

Рис. 2. Диаграмма управляемости системы оператор-судно<br />

На диаграмме изображены графики зависимостей:<br />

1 − α r = f(r D ); 2 − α r = f(r η ); 3 − α r = f(r γ ); 4 − α r = f(r D ′); 5 − α r = f(r η ′); 6 − α r = f(r γ ′).<br />

4<br />

18


Анализ диаграмм, полученных в ходе эксперимента, для различных категорий операторов-судоводителей<br />

позволил сделать следующие выводы:<br />

1. При управлении движением судна оператор-судоводитель использует свои индивидуальные<br />

(субъективные) факторы, которые зависят от его опытности. Как правило, опытный<br />

оператор использует в качестве основных факторы, характеризующие скорость изменения<br />

дистанции, курсового угла и пеленга.<br />

2. В начальной стадии маневрирования оператор-судоводитель, очевидно, произвольно<br />

выбирает факторы для руководства и поэтому в начале как бы не имеет перед собой четкой<br />

цели, о чём говорит неустойчивый характер кривых, изображенных на диаграмме. Этот этап,<br />

который условно можно охарактеризовать как этап формирования принятия решения, по<br />

времени занимает больше половины от всего процесса. Именно на этом этапе формируются<br />

последующие управляющие действия в виде угла перекладки руля, приводящие к определённому<br />

результату.<br />

3. В некоторый момент (точка А на рисунке 2) оператор-судоводитель, возможно, «переосмысливает»<br />

ситуацию и выбирает в качестве основных те факторы, которые позволяют<br />

ему достичь поставленной цели. Об этом свидетельствует пересечение кривых коэффициентов<br />

корреляции на оси абсцисс диаграммы в точке А.<br />

4. После «правильного» выбора и «исправления» ситуации в сторону эталонной оператор<br />

придерживается выбранных факторов до окончания процесса. Об этом говорит плавный<br />

вид кривых на рисунке после прохождения точки А.<br />

5. Управляемость системы оператор-судно обеспечивается параметрами, которые характеризуют<br />

взаимное перемещение судна и объекта маневра. К этим параметрам можно отнести:<br />

− скорость изменения дистанции;<br />

− скорость изменения пеленга;<br />

− скорость изменения курсового угла;<br />

− скорость изменения курса судна (угловая скорость судна).<br />

Такие параметры как дистанция, пеленг, курс судна и курсовой угол служат для установления<br />

эталонной ситуации, т. е. для контроля движения.<br />

Основной вывод проведённого исследования заключается в том, что человеческий фактор<br />

играет важную роль в обеспечении безопасности плавания и его необходимо учитывать<br />

при управлении судном, рассматривая при этом оператора (судоводителя) и судно как единую<br />

систему оператор-судно.<br />

Литература<br />

1. Резолюция Ассамблеи ИМО А.849(20) – Кодекс проведения расследований аврий и инцидентов на море.<br />

Дополнение 2. Руководство по расследованию человеческих факторов в авариях и инцидентах на море.<br />

2. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т.3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика<br />

судов с динамическими принципами поддержания / Под ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение,<br />

1985. 544 с.<br />

3. Канн В.Л., Кельзон А.С. Теория пропорциональной навигации. - Л.: Судостроение, 1965. – 423 с.<br />

19


УСТАНОВКА И АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СУДОВЫХ<br />

КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ<br />

Ветков Михаил Александрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />

fadyushin@msun.ru<br />

За последнее время способы информирования специалистов с помощью средств компьютерных<br />

коммуникаций коренным образом изменились. Если ранее подобные средства предназначались<br />

лишь для узкого круга специалистов и опытных пользователей, то теперь они рассчитаны<br />

на самую широкую аудиторию, в том числе и на судоводителей морского флота. Передача<br />

данных с помощью компьютеров, использование локальных и глобальных компьютерных<br />

сетей становятся столь же распространенным, как и сами компьютеры [1].<br />

В настоящее время персональные компьютеры широко используются для создания локальных<br />

информационных судовых систем. Основой таких систем является судовая локальная<br />

компьютерная сеть, которая позволяет решать комплекс задач по управлению различными компонентами<br />

в сложной структуре морского судна. На базе судовых компьютерных сетей в конце<br />

90-х годов стали создаваться корпоративные компьютерные системы.<br />

Корпоративная компьютерная система это комплекс программного обеспечения, компьютерного<br />

оборудования и компьютерных сетей, предназначенный для автоматизации учрежденческой<br />

и хозяйственной деятельности конкретного предприятия или объединения,<br />

включая судоходные компании и морские суда. В свою очередь корпоративные информационные<br />

системы служат базой современных интегрированных информационных систем ходового<br />

мостика судна.<br />

Пользователи судовых локальных компьютерных сетей должны иметь четкое представление<br />

о требованиях, предъявляемые к ним при работе в сети, т. к. стоимость элементов<br />

серьезного сетевого оборудования достаточно высока. Компьютерная сеть может быть создана<br />

самостоятельно силами экипажа по инструкциям методической литературы. Такая сеть<br />

позволит экипажу разрабатывать и согласовывать массу документов без их предварительной<br />

распечатки, вести учет всевозможной информации в единой базе данных.<br />

Для обеспечения технической поддержки сетевых ресурсов необходимо иметь логическую<br />

и монтажную схему сети, спецификации на сетевое оборудование, перечень сетевых<br />

задач, списки пользователей и учитывать специфику прокладки среды передачи данных на<br />

судне. Необходимо, чтобы члены экипажа, назначаемые сетевыми администраторами, прошли<br />

обучение и аттестацию в учебном заведении или на соответствующих курсах.<br />

Таким образом, судовые локальные компьютерные сети имеют большое значение не<br />

только для эффективного решения производственных задач отдельно взятой корпорации (судоходной<br />

компании), но также являются мощным средством в деле обеспечения безопасности<br />

мореплавания. Однако до сих пор этому важному для обеспечения мореплавания судна<br />

техническому компоненту уделялось недостаточное внимание в учебном процессе. В этой<br />

связи специалисты, приходящие на судно испытывают трудности по установке и администрированию<br />

судовых локальных компьютерных сетей. Кроме того, по данному вопросу имеется<br />

недостаточное количество учебной литературы. Поэтому компьютерным сетям необходимо<br />

уделять большее внимание в учебном процессе и включить изучение данной темы в<br />

дисциплину «Компьютерные технологии в судовождении» [2].<br />

Литература<br />

1. Гайсина Л. Ф. Сети ЭВМ и телекоммуникации: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 160 с.<br />

2. Фадюшин С. Г. Компьютерные технологии в судовождении: Учеб. пособие. Ч. 1, 2. - Владивосток:<br />

Мор. гос. ун-т, 2005. 79 с.<br />

20


ОСОБЕННОСТИ ПОГРУЗКИ У ВТП (ВЫНОСНОГО ТОЧЕЧНОГО<br />

ПРИЧАЛА) В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ<br />

Евсеев Сергей Сергеевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: доцент Аносов Н.М.<br />

anosov@msun.ru<br />

Особенности грузовых операции танкеров на Сахалинском шельфе<br />

Морские транспортировки грузов играют важную роль в обеспечении деятельности<br />

различных отраслей мировой экономики. В настоящее время осуществляется большое количество<br />

перевозок грузов наливом.<br />

Однако мореплавание связано с определенной долей риска, последствием которого могут<br />

стать морские катастрофы и аварии, наносящие значительный ущерб окружающей среде<br />

и здоровью человека. Особенно велика степень риска при транспортировке наливных грузов<br />

ввиду их опасных свойств. Поэтому данный вид перевозок строго регламентирован международными<br />

документами и национальными правилами, которые предъявляют высокие требования<br />

к мерам безопасности по конструкции и оборудованию танкера, методам эксплуатации<br />

танкера и к профессиональной подготовке экипажа.<br />

Морская статистика отмечает, что свыше 60% случаев гибели судов, аварий и аварийных<br />

происшествий происходит из-за нарушений правил транспортировки грузов, т.е. нарушения<br />

технологии морской перевозки грузов. Большинство из этих аварий произошло по<br />

причине неправильной погрузки, что свидетельствует об актуальности данной темы.<br />

Подготовка танкера к перевозке нефтепродуктов включает в основном пять этапов:<br />

1. подготовка грузового плана и технологической карты погрузок,<br />

2. подготовку грузовых танков;<br />

3. проверку непроницаемости трубопроводов грузовой и зачистной систем, клинкетов,<br />

механизмов, обслуживающих грузовые танки;<br />

4. проверку технической исправности систем подогрева груза и газоотводной;<br />

5. принятие общих мер по обеспечению безопасности грузовых операций.<br />

Подготовкой грузового плана, а также технологической карты погрузки на судах, как<br />

правило, занимается старший помощник капитана. В наше время – время компьютерных<br />

технологий в помощь судоводителю приходят различные компьютерные программы, такие<br />

как Ship Manager (Рисунки 1.1, 1.2, 1.3). Данная программа позволяет рассчитать параметры<br />

остойчивости, рациональное распределение грузов и переменных запасов по длине судна,<br />

исключающее возникновение чрезмерных напряжений корпуса, наилучшую технологическую<br />

схему погрузки, позволяющую достичь сокращения продолжительности грузовых операций<br />

до минимума при условии обеспечения пожарной безопасности и многое другое. Программа<br />

работает в режиме оффлайн – не подключенном к датчикам в грузовых танках, применяется<br />

данный режим в основном для предварительных расчетов. Также, если установить<br />

датчики замеров пустот непосредственно в грузовые танки, то программа может работать в<br />

режиме онлайн – показывать параметры судна в реальном времени по ходу проведения грузовых<br />

операций, что в значительной мере облегчает работу грузового помощника.<br />

Достоинства и плюсы этой программы заключаются в том, что она не только облегчает<br />

работу грузового помощника, но и значительно повышает точность данных, позволяющих<br />

существенно обезопасить процесс грузовых операций.<br />

21


Рис. 1.1. Рис. 1.2.<br />

С помощью этой программы в ходе погрузки грузовой помощник сможет мгновенно<br />

получить информацию о поперечной и продольной прочности судна, диаграмме статической<br />

и динамической остойчивости, изгибающих моментах действующих на судно, процентное<br />

содержание груза и балласта в танках, и много другой полезной информации, дающей полную<br />

картину и контроль грузовой операции на судне. Такие типы программ разрабатываются<br />

ведущими инженерами индивидуально для каждого типа судна, учитывая все особенности в<br />

конструкции и характеристиках судна.<br />

Рис. 1.3.<br />

Для визуализации и для более полной наглядности размещения груза на экран дисплея<br />

в посту управления грузовыми операциями (ПУГО) выведена информация указывающая<br />

температуру, пустоты и давление в танках (Рисунок 2).<br />

22


Рис. 2.<br />

Схема поступления данной информации с грузовых танков на дисплей приведена на<br />

(Рисунке 3). Но, как и всякая техника, эта программа также требует контроля, поэтому предварительный<br />

грузовой план рассчитывается и при помощи судовой, грузовой документации.<br />

2<br />

3<br />

4<br />

1<br />

Рис. 3.<br />

23


1. Блок сбора информации с соответствующих источников (танков, системы инертного<br />

газа).<br />

2. Блок преобразования информации и автоматических расчётов.<br />

3. Рабочая станция, включающая в себя процессор, монитор и принтер<br />

4. Блок, который предоставляет информацию об уровне балласта в танках и его температуру,<br />

осадку судна.<br />

Особенности погрузки у ВТП в ледовых условиях<br />

Погрузка у ВТП в ледовых условиях производится только на суда с носовым погрузочным<br />

устройством, так как использование этого способа позволяет избежать контакта грузового<br />

шланга со льдом. Основной опасностью при наличии льда в районе терминала является<br />

возможность смещения судна от своего нормального положения под воздействием массы<br />

льда. При смещении в сторону ВТП возникает опасность навала и повреждения конструкций,<br />

как танкера, так и причала. При смещении судна от ВТП возникает опасность создания<br />

чрезмерных нагрузок на швартове, его обрыв и обрыв грузового шланга. Другой опасностью<br />

работы в ледовых условиях является повреждение судовых конструкций при сильном сжатии<br />

ледовых полей.<br />

Для предотвращения воздействия крупных полей на судно во время стоянки под грузовыми<br />

операциями организуется непрерывное наблюдение за состоянием и направлением<br />

дрейфа ледяного поля и эшелонированная околка льда с помощью ледоколов и судов обеспечения<br />

(Ice Management). Руководство операциями по околке льда в районе терминала осуществляет<br />

швартовный мастер или другое лицо, официально назначенное терминалом. Терминалы,<br />

эксплуатирующиеся круглогодично в районах интенсивного льдообразования, имеют<br />

специальное руководство по обеспечению безопасной работы терминала в ледовых условиях.<br />

Экипажи судов посещающих такие терминалы в зимнее время обязаны ознакомиться с<br />

данным руководством, а так же с руководством по взаимодействию с ледоколами, разработанным<br />

компанией – оператором ледокольных судов.<br />

В зависимости от сложности ледовой обстановки линейные ледоколы раскалывают поля<br />

льда на удалении от терминала до пяти миль. Район работы ледоколов определяется исходя<br />

из направления дрейфа льда, его сплочённости и скорости дрейфа. Околка льда в непосредственной<br />

близости от терминала производится судами обеспечения. Основная цель<br />

околки – измельчение ледяных полей до минимально возможных размеров с целью предотвращения<br />

чрезмерного давления на корпус судна и смещения судна из его нормального рабочего<br />

положения.<br />

При швартовке, в ходе погрузки и при отходе у ВТП могут возникнуть сложности, требующие<br />

повышенного внимания со стороны экипажа судна, а именно:<br />

- Возможно перехлёстывание основного троса со швартовом, если перед швартовкой<br />

они находились, полностью или частично, на поверхности льда. Для освобождения троса<br />

может понадобиться шест с крюком и/или стопорный конец длиной 5-6 метров.<br />

- Во время погрузки необходимо удерживать судно на швартове так, чтобы избежать<br />

чрезмерного бокового смещения относительно оси стрелы причала и диаметрали судна. При<br />

появлении эффекта «складывания» или значительного бокового смещения необходимо вернуть<br />

судно в его нормальное положение изменением оборотов работы ГД.<br />

Если же этого не удаётся сделать только работой судовой пропульсивной установки,<br />

одно из судов обеспечения должно обеспечить удержание носовой оконечности судна, работая<br />

на упор или заведя буксирный трос на палубе бака. Судно, производящее околку льда у<br />

терминала, должно создавать разрежение в том районе, где это предпочтительнее для возвращения<br />

танкера в его нормальное рабочее положение.<br />

Особое внимание следует уделить, если в случае возникновения ситуации требующей<br />

значительного изменения режима работы пропульсивной установки, принятия буксирного<br />

троса с судна обеспечения или других мероприятий, требующих повышенного внимания<br />

грузовые операции должны быть остановлены до тех пор пока судно не будет приведено в<br />

его нормальное рабочее положение.<br />

24


После длительной работы машиной на задний ход возможно образование спрессованной<br />

ледяной подушки в кормовой оконечности судна, которая может служить препятствием<br />

во время отхода судна от причала после отшвартовки и создать опасность повреждения винто-рулевой<br />

группы танкера. В этом случае судно обеспечения должно предварительно разредить<br />

образовавшееся уплотнение льда. Отход судна необходимо производить, когда по корме<br />

судна создастся разряжение, достаточное для набора скорости заднего хода и безопасного<br />

отхода судна от причала.<br />

Литература<br />

1. Международная и судовая документация.<br />

СИТУАЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ НАВИГАЦИОННОЙ<br />

БЕЗОПАСНОСТИ ПЛАВАНИЯ<br />

Некрасов Сергей Николаевич, Прохоренков Андрей Александрович<br />

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />

г. Санкт-Петербург<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />

Навигационная безопасность является важнейшим качественным свойством процесса<br />

судовождения. Процесс судовождения представляет собой реализацию целенаправленного<br />

поведения качественно сложной организационно-технической системы судоходства. Эта<br />

система функционирует в условиях воздействия стохастических факторов, которые формируются<br />

изменяющимися навигационно-гидрографическими условиями, гидрометеорологическими<br />

условиями, а также зависит от состояния и управляемости самого судна, способности<br />

судоводителей оценивать обстановку и других особенностей.<br />

Именно поэтому оценивать уровень навигационной безопасности даже в теоретическом<br />

плане сложно, тем более сложно управлять навигационными рисками практически. Изучению<br />

вопросов оценки навигационной безопасности плавания, в силу важности и актуальности<br />

данного вопроса посвящено достаточно много работ [1,2,3],однако в силу большой<br />

сложности рассматриваемой проблемы далеко не все вопросы удалось решить и в первую<br />

очередь вопросы оценки уровней навигационных рисков при плавании судов различных типов<br />

в сложных навигационных условиях.<br />

В качестве основной характеристики оценки навигационной безопасности, очевидно,<br />

следует рассматривать вероятность появления опасной навигационной ситуации. Это объясняется<br />

стохастичностью проявления различных свойств организационно-технической системы<br />

судовождения с одной стороны и множеством состояний, характеризующих поведение<br />

этой системы с другой стороны.<br />

Например, множество случайных факторов, порождаемых изменчивостью навигационно-гидрографических<br />

условий (НГУ) и гидрометеорологических условий (ГМУ) порождают<br />

изменение и, в некоторых случаях, ухудшение навигационной обстановки.<br />

Само же управление судном, как это следует из практики судовождения, сводится к<br />

оценке обстановки, принятию решения на маневр и собственно выполнению маневра, причем<br />

все эти действия могут сопровождаться ошибками, вносящими дополнительный вклад в<br />

появление и развитие опасной навигационной ситуации. Понятно, что навигационная безопасность<br />

плавания будет определяться особенностями навигационно-гидрографических условий<br />

района плавания и способностью людей оценивать навигационную обстановку, принимать<br />

решение, выполнять маневр и контролировать указанные действия.<br />

Известно, что районы плавания могут быть простыми и сложными в навигационном<br />

отношении, причем сложность района плавания может быть связана с изменчивостью харак-<br />

25


теристик фарватеров, значительной изменчивостью рекомендованных курсов, наличием узкостей,<br />

удаленностью осей фарватеров от опасных изобат и т.п.<br />

В любом случае сложные районы плавания характеризуются естественным расположением<br />

рекомендованных путей вблизи навигационных опасностей.<br />

Сложные условия плавания могут сами по себе влиять на навигационную безопасность<br />

плавания и порождать опасные навигационные ситуации.<br />

Под опасной навигационной ситуацией следует понимать сближение судна со статической<br />

(обычно понимаемой в навигации навигационной опасностью) или динамической опасностью<br />

(встречным судном или плавающим объектом) на дистанцию менее заданной.<br />

В общем случае район плавания может характеризоваться совокупностью навигационных<br />

опасностей и некоторой площадью доступных позиций. Кроме того, район плавания характеризуется<br />

рекомендованными путями, по которым осуществляется движение некоторого<br />

множества судов в течение достаточно продолжительного времени.<br />

Все это дает основание характеризовать навигационную безопасность вероятностью<br />

свершения события не сближения судна с навигационной опасностью при плавании в определенном<br />

районе на дистанцию менее заданной. При этом под рисками опасных навигационных<br />

ситуаций следует понимать математическое ожидание опасных навигационных ситуаций.<br />

Это, при знании динамики перерастания опасных навигационных ситуаций в навигационные<br />

происшествия, аварии и катастрофы, позволяет оценивать ожидаемые потери личного<br />

состава, экологические и экономические потери при свершении навигационных аварий и катастроф,<br />

т.е. оценивать последствия проявления опасных навигационных ситуаций.<br />

Следовательно, при оценке навигационной безопасности следует определить вероятность<br />

свершения сложного события, отражающего поведение качественно сложной организационно<br />

технической системы судовождения, при котором расстояние до обозначенных<br />

выше опасностей будет менее заданного.<br />

Понятно, что это - достаточно общая постановка задачи, которая может быть уточнена<br />

применительно к конкретному проекту судна, конкретному району плавания и его<br />

особенностям и т.п.<br />

В основу построения математической модели качественно сложной навигационной<br />

системы положена деятельностная модель процесса судовождения, учитывающая особенности<br />

оценки обстановки, принятие решения на маневр и выполнение маневра, и особенности<br />

НГО и ГМО района плавания. Будем полагать, что свойства навигационной обстановки, а<br />

также ошибки оценки обстановки, принятия решения и выполнения маневрирования независимы<br />

между собой и каждая из них может привести к появлению опасной навигационной<br />

ситуации. Такое упрощающее допущение, конечно, нуждается в доказательстве. Однако подобное<br />

допущение о независимости событий появления ошибок в реализации процесса судовождения<br />

вполне приемлемо в данной работе. При выбранном подходе к оценке навигационной<br />

безопасности появляется возможность оценить максимально возможное значение вероятности<br />

появления опасной навигационной ситуации, что порождается свершением хотя<br />

бы одного из принятых совокупности событий реализации процесса судовождения, каждое<br />

из которых может приводить к опасной навигационной ситуации.<br />

Математическая модель организационно- технической системы судовождения строится<br />

с учетом современных методов языково-алгебраических формальных систем, которые включают<br />

методы функционально-структурных эргатических систем, И-сетей, методы полумарковских<br />

событий, семантических сетей и т. п. [2].<br />

Общим для этих методов является то, что последовательность выполняемых операций,<br />

составляющих суть событий во всех этих методах, представляется в виде дуг ориентированных<br />

графов, а события начала и завершения конкретного события отображаются вершинами.<br />

Основная количественная характеристика проявления данного события - вероятность свершения<br />

рассматриваемого события.<br />

Логико-вероятностные методы наряду с известными методами монотонной логики в<br />

наибольшей степени удовлетворяют поставленной задаче, т. к. позволяют в рамках извест-<br />

26


ных ограничений метода получить адекватные и непротиворечивые математические модели<br />

процесса судовождения, а также найти вероятности свершения сложных событий.<br />

В информационно-логическую модель процесса судовождения целесообразно включить<br />

события, наиболее часто встречающиеся на практике: плавание одиночного су-дна в<br />

сложных навигационных условиях и расхождение двух судов в сложных навигационных условиях,<br />

когда возможны не только события столкновения двух судов, но и появления опасных<br />

навигационных ситуаций, которые могут привести к посадки на мель хотя бы одного<br />

судна при расхождении. При этом следует учесть степень способности судоводителей оценивать<br />

навигационную и надводную обстановку, которая в свою очередь может быть простой<br />

или сложной. Тогда все события, учтенные в математической модели процесса судовождения,<br />

в рамках поставленной задачи, будут иметь дизъюнктивные связи между отдельными<br />

событиями.<br />

Таким образом, в информационно – логическую модель формирования опасных навигационных<br />

ситуаций, которую следует использовать для оценки максимальных значений вероятности<br />

появления опасных навигационных ситуаций при плавании судов в стесненных<br />

условиях, целесообразно включить следующие события.<br />

1. Событие, характеризующее благоприятную навигационную обстановку в районе плавания.<br />

2. Событие, характеризующее правильную оценку навигационной обстановки на одном судне.<br />

3. Событие принятия правильного решения на маневр одним судном.<br />

4. Событие, характеризующее правильное выполнение маневра одним судном.<br />

5. Событие (6), характеризующее свершение появления опасной навигационной ситуации,<br />

например, посадки на мель.<br />

6. Событие 7, 8, 9 аналогичны событиям 2, 3, 4, но для второго судна; 5, 10 - вспомогательные<br />

события.<br />

7. Событие 13 – событие, характеризующее благоприятную надводную обстановку.<br />

8. Событие 14, 15, 16, 18, 19, 20 – события верной оценки надводной обстановки, принятия<br />

решения на маневр расхождения и его выполнения на двух расходящихся судах.<br />

9. Событие 22 – событие сближения судов на дистанции менее заданной.<br />

10. Событие 23 – событие появления опасной навигационной ситуации вследствие сближения<br />

судов на малые дистанции или посадки судов при расхождении в сложных навигационных условиях.<br />

Информационно-логическая модель, характеризующая связь основных событий, связанных<br />

с особенностями судовождения имеет вид, приведенный на рис.1.<br />

Основные события связаны между собой дизъюнктивными связями, что подчеркивает<br />

суть задачи определения максимально возможного уровня навигационных рисков при плавании<br />

судна в сложных условиях.<br />

Для нахождения вероятности свершения сложного события появления опасной навигационной<br />

ситуации необходимо найти дизъюнктивную нормальную функцию и заменить логические<br />

операции дизъюнкции, конъюнкции и инверсии их вероятностными эквивалентами<br />

по правилам:<br />

a = aa<br />

1 2⇒ Ра = Ра Р ;<br />

1 а2<br />

b = а1∨a2<br />

⇒ Ра = Ра + Р ;<br />

1 а<br />

− Р<br />

2 а<br />

Р<br />

1 а2<br />

c = f ⇒ Р = 1 −Р<br />

.<br />

1 z<br />

а1<br />

Общее выражение вероятности появления опасной навигационной ситуации при плавании<br />

одиночного судна в сложных условиях имеет вид:<br />

Р<br />

ОНС<br />

= (1 − P<br />

1)P 6<br />

+ P<br />

1(1 − P<br />

4)P5P 6<br />

+ P<br />

1(1 − P<br />

3)P4P5P 6<br />

+ P<br />

1(1 − P<br />

2)P3P4P 5P6<br />

(1)<br />

где P1− P6<br />

– вероятности свершения соответствующих событий включенных в информационно<br />

логическую модель процесса судовождения в сложных условиях.<br />

27


3<br />

4<br />

1<br />

7<br />

2<br />

5<br />

6 12 11<br />

10<br />

23<br />

9<br />

8<br />

18<br />

21 22<br />

17<br />

14<br />

19<br />

20<br />

13<br />

15<br />

16<br />

Рис.1. Информационно-логическая модель опасной навигационной ситуации<br />

Для получения количественных характеристик максимальных уровней вероятностей<br />

опасных навигационных ситуаций используется равнопараметрический метод, при котором<br />

вероятности свершения событий, включенных в информационно-логическую модель появления<br />

опасных навигационных ситуаций принимаются одинаковыми и равными соответственно<br />

0.8, 09,0.95,0.99.<br />

Результаты оценки максимальных значений вероятностей появления опасных навигационных<br />

ситуаций при плавании судов в сложных условиях приведены в таблице 1<br />

Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

Таблица 1<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

Свойства навигационной и надводной обстановки<br />

0.8 590 416 314 223<br />

0.9 539 343 228 126<br />

0.95 513 307 1855 78<br />

0.99 493 278 151 39<br />

Анализ этих результатов показал следующее.<br />

1. Увеличение качества оценки обстановки, принятия решения и выполнения маневра<br />

на 5% приводит к снижению уровня навигационных рисков на 30% при различных свойствах<br />

навигационной обстановки.<br />

2.Улучшение навигационной обстановки на 5% приводит к снижению навигационных<br />

рисков на 9-20%.<br />

28


Полученные результаты позволяют связать уровни квалиметрического оценивания<br />

подготовленности лиц принимающих решение по управлению судном с уровнем рисков<br />

опасных навигационных ситуаций, возникающих при плавании судна в сложных условиях.<br />

Так например, риски опасных навигационных ситуаций увеличиваются почти в 2 раза, если<br />

число ошибок в оценке навигационной обстановки, принятии решения или маневрировании<br />

составляют величину 5-10 ошибок на 100 соответствующих действий.<br />

На основании правил нахождения среднего значения при известной вероятности свершения<br />

событий появления опасных навигационных ситуаций можно получить среднее число<br />

опасных навигационных ситуаций на 1000 случаев их разрешения при плавании одного судна.<br />

Результаты оценки среднего числа опасных ситуаций приведены в таблице 2.<br />

Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

Таблица 2<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

Свойства навигационной и надводной обстановки<br />

0.8 590 416 314 223<br />

0.9 539 343 228 126<br />

0.95 513 307 1855 78<br />

0.99 493 278 151 39<br />

Чтобы увязать число опасных навигационных ситуаций с числом навигационных аварий<br />

и катастроф, необходимо знать законы перерастания опасных ситуаций в аварии и катастрофы.<br />

Такие законы теоретически существуют, но, как правило, при решении этой задачи<br />

используют экспертные данные, которые свидетельствуют о том, что от 10 до 30 процентов<br />

опасных навигационных ситуаций перерастают в навигационные аварии, а от 10 до 30 процентов<br />

навигационных аварий перерастают в навигационные катастрофы.<br />

Тогда уровень навигационных аварий составит от 1 до 12, а число навигационных катастроф<br />

- около одной на 1000 случаев разрешения опасных навигационных ситуаций.<br />

Таким образом, формализация поведения качественно сложных систем с использованием<br />

логико-вероятностных методов оценки опасных навигационных ситуаций позволяет поновому<br />

оценить навигационную безопасность плавания судов в сложных условиях, увязав<br />

объективную навигационную обстановку со степенью способности лиц, управляющих судном,<br />

оценивать навигационную обстановку, принимать решение на маневр и выполнять маневрирование.<br />

Помимо опасных навигационных ситуаций, связанных со сближением с навигационными<br />

опасностями, при плавании судна, как правило, существует опасность столкновения<br />

судов при расхождении в сложных условиях, а также опасность посадки на мель при расхождении<br />

в сложны условиях. Используя логико-вероятностные методы ситуационного анализа<br />

можно оценить риск опасностей столкновения при расхождении в сложных условиях. Информационно-логическая<br />

модель ситуации расхождения включает события, включенные в<br />

общую модель оценки опасной навигационной ситуации, рассмотренную выше.<br />

Применяя подходы к решению данной задачи, рассмотренные ранее, можно получить<br />

аналитическую вероятностную функцию появления опасных ситуаций сближения двух судов<br />

на дистанции менее заданной при расхождении в сложных навигационных условиях , которая<br />

имеет вид:<br />

29


PСТ = P(1<br />

13<br />

− P)PPPP<br />

18 19 20 21 22<br />

+ P(1<br />

13<br />

− P)PPPP<br />

14 15 16 17 22<br />

+ P(1<br />

13<br />

− P)PPP<br />

19 20 21 22<br />

+<br />

+ P<br />

13(1− P<br />

15)P16 P17 P<br />

22<br />

+ P<br />

13(1− P<br />

20)P21P 22<br />

+ P<br />

13(1− P<br />

16)P17P 22<br />

+ (1−P 13)P19 P<br />

22<br />

–<br />

−P 13(1−P 16)P 17(1−P 20)P21P22 −P 13(1−P 15)P16P 17(1−P20 )P21P22 −P 13(1 −P 15)P16 P17<br />

(1−P 19)P20 P21P 22<br />

−P 13(1−P 16)P 17(1−P 19)P20 P21P 22<br />

− P<br />

13(1 −P 14)P15P16P 17(1−P 19)P20<br />

P21P 22<br />

− P<br />

13(1−P 14)P15P16 P<br />

17(1−P 20)P21P22 −P 13(1−P 14)P15P16 P<br />

17(1−P 18)P19<br />

P P P P 1 P P P 1−P P P P P −P 1−P P 1−P P P P P<br />

− ( − ) ( ) ( ) ( )<br />

20 21 22 13 15 16 17<br />

18 19 20 21 22 13 16 17 18 19 20 21 22<br />

А вероятностная модель свершения событий сближения с навигационными опасностями<br />

на дистанции менее заданных двух судов при расхождении в сложных условиях имеет вид:<br />

PСТ = P1( 1− P7) PP<br />

8 9P10P11P 12<br />

+ P1( 1− P2) PP<br />

3 4PP 5 6P 12<br />

+ P1( 1− P8)<br />

P9P10P11P<br />

12<br />

+<br />

+ P1( 1− P3) P4PP 5 6P 12<br />

+ P1( 1− P9) P10P11P 12<br />

+ P1( 1− P4) PP<br />

5 6P12+ ( 1− P1)<br />

P11P<br />

12<br />

+<br />

(3)<br />

+ ( 1−P1 ) P6 ( 1−P11) P12 −P1 ( 1−P4 ) PP<br />

5 6 ( 1−P9 ) P10 P11P12 −P1 ( 1−P3 ) P4PP 5 6 ( 1−P9 ) P10 P11P<br />

12<br />

−<br />

−P1( 1−P3) P4P5P6( 1−P8) P9P10P11P 12<br />

− P1( 1−P4) P5P6( 1−P8)<br />

P9P10P11P<br />

12<br />

−<br />

−P1( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P8) P9P10P11P 12<br />

− P1( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P9)<br />

P10P11P<br />

12<br />

−<br />

−( 1−P2) P3P4P5P6( 1−P7) P8P9P10P11P 12<br />

− P1( 1−P3) P4P5P6( 1−P7)<br />

P8P9P10P11P 12<br />

–<br />

P1( 1−P4) P5P6( 1−P7)<br />

P8PP 9 10P11P12<br />

Получение вероятностной модели возникновения опасной навигационной ситуации,<br />

вызванной свершением хотя бы одного события из всей совокупности возможных событий,<br />

приводящих к опасным навигационным ситуациям возможно, но эта модель уже содержит<br />

несколько сотен членов и в полном виде не приводится, хотя именно она позволяет получить<br />

потенциально возможный уровень вероятностей появления опасных навигационных ситуаций<br />

при плавании кораблей в сложных условиях в данном районе.<br />

Применение равнопараметрического метода количественного анализа вероятностей появления<br />

опасных навигационных ситуаций позволяет получить потенциальные значения вероятностей<br />

появления опасных навигационных ситуаций, порождаемых расхождением судов,<br />

возможными посадками судов на мель при расхождении в сложных условиях или при<br />

одиночном плавании в сложных условиях. Результаты этих вычислений сведены в таблицу 3.<br />

При этом можно оценить потенциальные число опасных навигационных ситуаций, навигационных<br />

происшествий и навигационных аварий при плавании судов в сложных условиях<br />

при принятых исходных данных. Среднее число опасных навигационных ситуаций<br />

приведено в таблице 4.<br />

(2)<br />

Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

Опасные навигационные ситуации<br />

Ситуация сближения с навигационными опасностями хотя<br />

бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуация сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />

Ситуация сближения с навигационными опасностями кораблями<br />

при расхождении или сближения двух судов на<br />

дистанции менее заданных<br />

Таблица 3<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

0.79 0.52 0.348 0.067<br />

0.79 0.52 0.348 0.067<br />

0.95 0.77 0.548 0.131<br />

Среднее число навигационных происшествий при плавании судов в сложных навигационных<br />

условиях составляет от 10 до 30 процентов от числа опасных навигационных ситуаций ,<br />

а их количество в зависимости от принятых начальных условий приведено в таблице 5.<br />

30


Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

Опасные навигационные ситуации<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями хотя<br />

бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />

при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями судами<br />

при расхождении или сближения двух судов на дистанции<br />

менее заданных при плавании в заданном районе<br />

Таблица 4<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

790 520 348 67<br />

790 520 348 67<br />

950 770 548 131<br />

И, наконец, среднее число навигационных аварий и катастроф при плавании судов в<br />

сложных условиях с учетом расхождений составит от 10 до 30 процентов от навигационных<br />

происшествий. Эти значения навигационных аварий при различных условиях принятых в<br />

работе, указаны в таблице 6.<br />

Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

Таблица 5<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

Опасные навигационные ситуации<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями хотя бы<br />

одного судна при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее заданной<br />

при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями судами<br />

при расхождении или сближения двух судов на дистанции менее<br />

заданных при плавании в заданном районе<br />

52-<br />

156<br />

52-<br />

156<br />

77-<br />

230<br />

79-<br />

240<br />

79-<br />

240<br />

95-<br />

300<br />

35-<br />

105<br />

35-<br />

105<br />

54-<br />

170<br />

7-<br />

21<br />

7-<br />

21<br />

13-<br />

40<br />

Качество оценки обстановки, принятия<br />

решения маневрирования<br />

0.8 0.9 0.95 0.99<br />

Таблица 6<br />

Опасные навигационные ситуации<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями<br />

хотя бы одного судна при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения двух судов на дистанцию менее<br />

заданной при расхождении в сложных условиях<br />

Ситуации сближения с навигационными опасностями<br />

судами при расхождении или сближения двух судов на<br />

дистанции, менее заданных при плавании в заданном<br />

сложном районе<br />

8-<br />

24<br />

8-<br />

24<br />

9-<br />

30<br />

5-<br />

15<br />

5-<br />

15<br />

8-<br />

23<br />

4-<br />

10<br />

4-<br />

10<br />

5-<br />

17<br />

1-<br />

2<br />

1-<br />

2<br />

1-<br />

4<br />

Таким образом, предложены новые подходы к оценке навигационной безопасности<br />

плавания судов в сложных навигационных условиях, позволяющий учитывать многообразие<br />

навигационных ситуаций, порождаемых сложными навигационными условиями плавания и<br />

способностями лиц командного состава оценивать обстановку и принимать правильные решения<br />

на маневр. Такой метод исследования навигационной безопасности плавания судов в<br />

сложных навигационных условиях позволяет решать ряд прикладных задач, например, оценивать<br />

уровень подготовки специалистов по судовождению в современных комплексных трена-<br />

31


жерах, проводить экспертизу проектных решений по навигационно-гидрографическому и гидрометеорологическому<br />

обеспечению плавания судов в сложных условиях, оценивать влияние<br />

систем управления движением судов на навигационную безопасность плавания, оценивать потенциальную<br />

навигационную аварийность в районах строительства новых портов и т.п.<br />

Литература<br />

1. Груздев Н.М. Навигационная безопасность плавания. - СПб., ГУНИО МО РФ, 2002., 220 с.<br />

2. Вагин Н.В. и др. Достоверный и правдоподобный вывод в интеллектуальных системах. - М.: Физматлит,<br />

2004., 703 с.<br />

3. Некрасов С.Н. Теоретические основы автоматизации кораблевождения. - Спб., СПбВМИ, 2002., 250 с.<br />

32<br />

ВЛИЯНИЕ ГИГАНТСКИХ ВОЛН НА БЕЗОПАСНОСТЬ МОРСКОЙ<br />

ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДОВ<br />

Попов Роман Витальевич, Латышев Александр Сергеевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., доцент Славгородская А.В.<br />

Бурное развитие космических и информационных технологий последних лет позволило<br />

получить неопровержимые свидетельства, подтверждающие существование гигантских волн<br />

(или так называемых «волн-убийц») в океане. География распространения, частота появления<br />

и большая разрушительная способность гигантских волн могут в корне изменить подходы<br />

к стандартам безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и<br />

танкеров. За 25 лет (1969-1994 гг.) в Тихом и Атлантическом океанах 22 супертанкера были<br />

потеряны или серьезно повреждены при встрече с волнами-убийцами. При этом погибли 525<br />

человек. 12 аналогичных случаев было зарегистрировано в Индийском океане. По данным<br />

агентства Ллойда, с 1973 г. по 1989 г. потерпели крушение 495 танкеров, из которых 86 водоизмещением<br />

более 100 тыс. т, при этом в 25,6 % случаев причиной аварий была штормовая<br />

погода. Морские нефтяные платформы также подвержены рискам воздействий аномальных<br />

волн. Эксперты полагают, что именно волна-убийца разрушила буровую вышку компании<br />

Mobil Oil в районе Большой Ньюфаундлендской банки в 170 милях от порта Сент-Джонс<br />

(Канада) 15 февраля 1982 г. Гигантская волна разбила иллюминаторы и затопила пульт<br />

управления, после чего вышка перевернулась и затонула, унеся жизни всех 84 буровиков. В<br />

1995 г. плавучая буровая «Веслефрик В» компании Statoil была серьезно повреждена волнойубийцей.<br />

Прочный корпус морской платформы «Шихальон» (компания BP Amoco), конструкция<br />

которой по расчетам должна была выдерживать удары стихии при скорости ветра 130<br />

км/ч, был сильно поврежден волной 9 ноября 1998 г. при скорости ветра 110 км/ч.В Европейском<br />

космическом агентстве (ESA) утверждается, что волны-убийцы встречаются в океане<br />

значительно чаще, чем это предполагалось ранее. Этот вывод, подтвержденный независимыми<br />

измерениями волн в Южной Атлантике, может в корне изменить подход к стандартам<br />

безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и танкеров. По<br />

мнению известного норвежского эксперта С. Хавера высота волны-убийцы может на 10-20%<br />

превышать порог, заданный статистическими данными о волнении, который учитывается<br />

при строительстве нефтяных платформ.<br />

Еще более категорично высказался авторитетный британский эксперт в области судостроения<br />

Д. Фолкнер, утверждая, что часто используемые при постройке судов критерии<br />

экстремальной высоты линейной волны в 10,75 м и максимальной нагрузки в 26-60 кН/мм 2<br />

совершенно неадекватны и не обеспечивают безопасность на море в условиях воздействия<br />

катастрофических волн. Волны-убийцы стали предметом внимания для многих международных<br />

организаций, занимающихся проблемами безопасности судов и морских сооружений,


таких как International Association of Classification Societies. Технические нормы и стандарты<br />

безопасности, разрабатываемые этими организациями, носят, как правило, рекомендательный<br />

характер для соответствующих национальных институтов.<br />

C = 0,65<br />

V 1<br />

C = 0, V 1<br />

93<br />

C = 0, V 1<br />

65<br />

CV 2<br />

= 1,0<br />

C<br />

V 2<br />

= 0, 75<br />

C<br />

V 2<br />

= 0, 75<br />

C = 0,6<br />

V 1<br />

C = 0, V 1<br />

35<br />

Рис. 1. Коэффициенты лобового сопротивления для различных форм сечений<br />

Волновая нагрузка создает два основных вида воздействия на МНГС: горизонтальное и<br />

наклонное. Первый вид обуславливает горизонтальное перемещение объекта, а второй его<br />

наклон.<br />

Волновая нагрузка создает два основных вида воздействия на МНГС: горизонтальное и<br />

наклонное. Первый вид обуславливает горизонтальное перемещение объекта, а второй его<br />

наклон.<br />

При определении волнового наклоняющего момента<br />

М<br />

В<br />

относительно линии поверх-<br />

F :<br />

ности воды учитывается горизонтальная составляющая ветровой «силы», т.е.<br />

v<br />

М<br />

В<br />

= hF<br />

⋅ Fv<br />

,<br />

где h - плечо приложения равнодействующей нагрузки<br />

F<br />

F<br />

v<br />

относительно линии поверхности<br />

воды.<br />

Мы предлагаем спроектировать подвижное треугольное основание платформы (см.<br />

рис.1). С помощью космических и информационных технологий на платформу будут поступать<br />

и обрабатываться данные об изменении направления движения волн, а основание платформы<br />

в свою очередь будет автоматически разворачиваться острым углом навстречу волне,<br />

так как имеет наименьшее лобового сопротивления в отличие от других форм.<br />

Литература<br />

1. Internet.<br />

2. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения Ч.1 Конструирование. - М.: ООО «Недра-<br />

Бизнесцентр», 2006. - 555 с.<br />

33


34<br />

ОБЛЕДЕНЕНИЕ МОРСКИХ СУДОВ<br />

И БЕЗОПАСНОСТЬ МОРЕПЛАВАНИЯ<br />

Приходько Валерия Викторовна<br />

Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева),<br />

г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н, профессор Павлов Н.И.<br />

Fedlana@yandex.ru<br />

Ещё памятна гибель от обледенения четырёх траулеров: «Бокситогорск», «Севск», «Себеж»<br />

и «Нахичевань». Это трагическое событие произошло 19 января 1965 г. в Беринговом<br />

море. В те дни на Дальнем Востоке погибло также шесть японских траулеров.<br />

Гибель судов от обледенения – явление довольно частое. Так, в январе 1955 г. около<br />

Исландии потонули два больших английских паровых траулера «Лорелла» и «Роберенго». В<br />

феврале 1959 г. в районе Ньюфаундленда погибли исландский траулер «Джули» и канадский<br />

траулер «Блю Увев». Только за четыре года, с осени 1957 г. до весны 1961 г., от обледенения<br />

погибли 44 японских судна.<br />

Известны случаи, когда суда, обледенев, тонули прямо у причалов, несмотря на то, что<br />

лёд скалывали.<br />

От обледенения, правда в меньшей степени, страдают не только небольшие, но и крупные<br />

транспортные суда и ледоколы. Так, известен случай, когда в Охотском море на ледоколе<br />

«Адмирал Макаров» толщина льда, образовавшегося на палубе, достигла 1 м, а леерное<br />

ограждение обледенело настолько, что превратилось в закрытый фальшборт. На отдельных<br />

судах толщина льда на растяжках достигла 60-70 см и более. Особенно опасно обледенение<br />

для малотоннажных промысловых судов, водоизмещением 500 т и менее, в том числе для<br />

рыболовецких судов (СРТ, сейнеров).<br />

В зависимости от гидрометеорологических условий различают два типа обледенения –<br />

брызговое и пресноводное. Самым опасным является брызговое обледенение. Осенью, зимой<br />

и весной на многих морях (Баренцево, Северное, Норвежское, Берингово, Охотское, арктические<br />

и антарктические моря и некоторые внутренние моря) в связи с циклонической деятельностью<br />

создаются условия, когда при резком понижении температуры воздуха скорость<br />

ветра достигает штормовой (иногда до 30-50 м/сек.). Усиление ветра сопровождается сильным<br />

волнением моря, на судно попадает масса брызг. При низких отрицательных температурах,<br />

когда конструкции судна переохлаждены, попавшие на них брызги морской воды моментально<br />

замерзают. Сила сцепления замёрзшей воды с конструкциями судна, называемая<br />

адгезией льда, зависит от материала конструкции, на которой замерзают брызги. Для таких<br />

материалов, как сталь и дерево, адгезия достигает 10-16 кг/см2 и характеризует те усилия,<br />

которые нужно затратить, чтобы отколоть лёд.<br />

Эффект намерзания усиливается за счёт того, что, пролетая в холодном воздухе, брызги<br />

переохлаждаются и попадают на судно охлаждёнными ниже температуры замерзания морской<br />

воды (ниже -1,7°). При температуре воздуха выше -2, -3° брызгового обледенения практически<br />

не происходит. Если температура морской воды 0°, обледенение несколько замедляется.<br />

Число забрызгиваний может достигать 10-12 в минуту. При таких условиях даже на небольшое<br />

судно может осесть в течение нескольких часов 20-30, даже 50 и более тонн льда.<br />

При этом судно теряет управляемость и ходовые качества, у него обледеневают спасательные<br />

средства и средства радиосвязи. В какой-то момент, наступление которого может ускорить<br />

неправильная загрузка судна (особенно опасно несимметричное расположение палубного<br />

груза) и неудачный манёвр, судно теряет устойчивость и переворачивается. Брызговое<br />

обледенение становится ещё более опасным, если оно сопровождается выпадением осадков,<br />

находящихся при низких температурах в переохлаждённом состоянии.<br />

Второй тип обледенения – пресноводное обледенение – менее опасен. Такое обледенение<br />

обычно идёт не очень интенсивно. Оно имеет вид гололёда и начинается при температу-


рах воздуха 0° и ниже. Пресноводное обледенение связано с тем, что в воздухе находятся переохлаждённые<br />

капли тумана, образующиеся, как правило, в тихую погоду в результате парения<br />

при отрицательных, но и не очень низких температурах воздуха.<br />

При одних и тех же гидрометеорологических условиях различные суда обледеневают<br />

по-разному. Очевидно, что забрызгиваемость судна тем больше, чем меньше его геометрические<br />

размеры. По этой причине малые суда больше подвергаются обледенению. Кроме того,<br />

сам манёвр судна влияет на характер создаваемого им брызгового облака, а наличие выступающих<br />

конструкций (надстройки, мачты, антенны, такелаж и др.) влияет на количество<br />

примёрзших брызг. Так, максимальное обледенение наблюдается, если курсовой угол (угол<br />

между направлением ветра и направлением движения судна) лежит в пределах ±30-35°. При<br />

движении судна против ветра обледенение больше, нежели при движении по ветру или при<br />

дрейфе.<br />

Таким образом, интенсивность обледенения судна данного типа зависит в первую очередь<br />

от гидрометеорологических условий, а затем уже от его мореходных качеств (с учётом<br />

обледенения и загрузки) и от совершаемого манёвра. В очень сильной степени судьба судна<br />

зависит от мер, принимаемых экипажем для борьбы с только что начавшимся обледенением.<br />

Обледенение судов известно давно, и тем не менее до последнего времени не было эффективных<br />

средств борьбы с этим опасным явлением. Самый естественный способ предотвращения<br />

обледенения – зимой в штормовую погоду не выпускать суда в море. Однако такой<br />

примитивный способ практически надолго вывел бы из строя промысловый флот и принёс<br />

бы большие материальные убытки. В последнее время малотоннажный промысловый флот,<br />

базирующийся вокруг крупных рыбопромысловых судов-заводов, выходит на промысел далеко<br />

в море. Поэтому вероятность того, что суда попадут в условия обледенения, резко возрастает,<br />

тем более что рыболовный промысел начинает охватывать все океаны, включая полярные<br />

области южного полушария.<br />

Более действенным способом борьбы с обледенением является немедленная околка<br />

льда и скорейший уход из зоны обледенения либо на береговые базы, либо к кромке льдов,<br />

где волнение и брызги меньше. Но этот способ трудно осуществим, если судно находится<br />

далеко от берега. Поэтому ясно, как возрастает роль правильной, научно обоснованной эксплуатации<br />

малотоннажного флота в условиях обледенения, роль своевременного обеспечения<br />

судов необходимой информацией – штормовыми предупреждениями и прогнозами.<br />

Очевидны также новые задачи, которые стоят перед наукой и судостроением: создать<br />

суда, защищённые от обледенения при помощи различных антиобледенительных покрытий,<br />

а также совершенствовать конструкцию судов так, чтобы они как можно меньше подвергались<br />

забрызгиванию.<br />

Литература<br />

1. Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох. - М.: Прогресс. 1988. - 263с.<br />

2. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия.1978. - С.254-256.<br />

35


СИТУАЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ<br />

ПРИ ПЛАВАНИИ ПО РЕКАМ<br />

Прохоренков Андрей Александрович<br />

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />

г. Санкт-Петербург<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />

Анализ современной литературы [ ] 1, 2, 3 показывает, что безопасность плавания судов<br />

в речных условиях остается актуальной проблемой, несмотря на меры, предпринимаемые<br />

для ее совершенствования, среди которых можно отметить следующие:<br />

усиление государственного надзора за соблюдением существующих нормативных документов<br />

по безопасности плавания;<br />

проведение регулярных проверок знаний плавсостава;<br />

построение и усовершенствование систем мониторинга движения судов;<br />

осуществление комплексной тренажерной подготовки судоводителей.<br />

Практика свидетельствует о том, что большая часть аварийности вызывается навигационными<br />

причинами и деятельностью лиц, управляющих судами [3].<br />

Для получения объективного представления о состоянии безопасности плавания возникает<br />

необходимость оценки деятельности судоводителя как одного из элементов системы<br />

безопасности судовождения.<br />

Основной особенностью плавания по реке является то, что шансы на успех или избежание<br />

опасности, должны расцениваться с учетом возможности судоводителя контролировать развитие<br />

ситуации, корректировать свое поведение в ней, предотвращать отрицательные последствия<br />

сделанного выбора и т. п. Это является существенным при оценке безопасности, поскольку при<br />

наличии таких возможностей повышается уверенность действий судоводителя в опасной ситуации,<br />

что способствует выбору более рискованного варианта поведения в ней [4].<br />

При плавании по рекам деятельность судоводителя основывается не на применении<br />

инструментальных методов проводки судна, известных из навигации, а на использовании<br />

лоцманского метода, т.е. за счет мастерства судоводителя. Определяющая роль человеческого<br />

фактора, а также, ограниченность систематизированных результатов исследования судов в<br />

речных условиях создают сложность при производстве оценки безопасности плавания.<br />

Перспективным направлением оценки безопасности плавания, является применение<br />

байесовских сетевых моделей [5]. Для использования метода сетевого анализа при оценке<br />

безопасности плавания судов в речных условиях необходимо описать топологию и семантику<br />

байесовской сети, описывающей процесс управления судном.<br />

Байесовская сеть (б.с.) процесса управления судном в стесненных обстоятельствах<br />

включает влияние навигационно-гидрографических условий плавания, гидрометеорологических<br />

условий плавания, факторов, связанных с техническим состоянием судна и собственно<br />

судоводителя.<br />

Б.с. процесса управления судном при плавании по реке представляет собой ориентированный<br />

граф (рис.1), вершинами которого, является множество случайных переменных. С<br />

течением времени значение каждой переменной может изменяться или оставаться постоянным,<br />

в связи с этим сама переменная может оказывать различное влияние на протекание<br />

процесса, описываемого сетью, либо быть минимальным. Появлению конкретных значений<br />

переменных соответствуют некоторые вероятности.<br />

В реальных обстоятельствах может понадобиться учет большого количества переменных,<br />

что вызывает необходимость определения большого количества вероятностей. В связи с<br />

этим возникает проблема получения исходных данных. Однако анализ влияния переменных<br />

друг на друга позволяет выделить группы независимых переменных, как это показано в [6],<br />

что позволяет существенным образом снизить объем необходимой информации.<br />

36


X 11<br />

X 10<br />

X 7<br />

X 6<br />

X 5<br />

X 3<br />

X 12<br />

X 9<br />

X 8<br />

X 2<br />

X 13<br />

X 4<br />

X 15<br />

X 14<br />

X 20<br />

X 19<br />

X 1<br />

X 16<br />

X 17<br />

X 21<br />

X 18<br />

X 22<br />

Рис.1. Байесовская сеть процесса деятельности штурмана при управлении судном на реке<br />

Семантику байесовских сетей можно таким образом определить двумя способами: сеть<br />

следует считать одним из представлений совместного распределения вероятностей; сеть<br />

должна рассматриваться как совокупность утверждений об условной независимости.<br />

Отличительной особенностью данной сетевой модели является учет таких факторов как<br />

знание и понимание судоводителя способов управления судном в зависимости от условий<br />

плавания, а также собственного психофизического состояния (события X15, X17,<br />

X<br />

20<br />

).<br />

X 1 - событие, связанное с тем, что возникновение сложной ситуации вызовет недостаточное<br />

обеспечение участка навигационным оборудованием.<br />

X 2 - событие, связанное с тем, что причиной неблагоприятной ситуации станет конфигурация<br />

участка водного пути.<br />

X 3 - событие, связанное с тем, что к аварийной ситуации приведет отсутствие путевой информации.<br />

X 4 - событие, связанное с тем, что аварию спровоцируют навигационно-гидрографические<br />

условия района плавания.<br />

X 5 - событие, связанное с тем, что аварию вызовет не учет фактического уровня воды.<br />

X 6 - событие, связанное с плохой видимостью в районе плавания.<br />

X 7 - событие, связанное с тем, что причиной аварийной ситуации станет ветровое воздействие.<br />

X 8 - событие, связанное с тем, что причиной аварийной ситуации станут гидрометеорологические<br />

условия в районе плавания.<br />

X 9 - событие, связанное с тем, что аварийная ситуация вызвана не учетом загрузки судна и<br />

ее влияния на безопасность плавания.<br />

X 10 - событие, связанное с тем, что аварийная ситуация может произойти из-за неправильного<br />

или недостаточного учета особенностей движительно-рулевого комплекса судна.<br />

X 11 - событие, связанное с возможностью попадания судна в обстоятельства, при которых<br />

его проектная маневренность не позволит осуществить запланированный маневр.<br />

37


X 12 - событие связанное с возникновениями технических отказов систем управления и движения<br />

судна.<br />

X 13 - событие связанное с возникновением аварийной ситуации благодаря факторам, зависящим<br />

от судна.<br />

X 14 - событие связанное с возникновением сложной ситуации из-за влияния факторов не зависящих<br />

от судоводителя.<br />

X 15 - событие, учитывающее способность судоводителя оценивать условия плавания.<br />

X 16 - событие, оценивающее правильность оценки внешних условий судоводителем.<br />

X 17 - событие характеризующие правильность понимания судоводителем особенностей<br />

применения способов действия.<br />

X 18 - событие, определяющее то, насколько точно выбран судоводителем способ действия.<br />

X 19 - событие, состоящее в неудовлетворительном психофизическом состоянии судоводителя.<br />

X 20 - событие, заключающееся в качестве контроля судоводителем исполняемых действий.<br />

X 21 - событие, характеризующее правильность действий судоводителя.<br />

X 22 - событие, характеризующие результат деятельности судоводителя (положительный или<br />

отрицательный).<br />

Расчеты, выполненные с соответствие с представленной выше сетевой моделью процесса<br />

управления судном в речных условия плавания приведены в таблице 1.<br />

P<br />

i<br />

0,9 0,95 0,97<br />

P<br />

14<br />

0,8892 0,9474 0,9691<br />

P 0,8990 0,94988 0,96997<br />

22<br />

Таблица 1<br />

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы:<br />

- поскольку вероятности возникновения опасных навигационных ситуаций несущественно<br />

отличаются от свершения обуславливающих их частных событий, то предложенная<br />

байесовская модель адекватно отражает существующее состояние безопасности плавания<br />

судов. И в самом деле, даже на затруднительных для судоходства участках происходит минимальное<br />

количество навигационных происшествий.<br />

- модель нуждается в доработке для повышения достоверности оценки личностного<br />

вклада судоводителя в процесс обеспечения безопасности плавания. Вклад судоводителя<br />

состоит в многократном непрерывном анализе навигационной информации для подготовки<br />

одного решения.<br />

- для повышения надежности результатов моделирования необходимо развивать методы<br />

оценки точности глазомерной проводки судна как при плавании в условиях хорошей видимости,<br />

так и при проводке судна по РЛС.<br />

Литература<br />

1. Давыденко А. Повышение безопасности судоходства в восточной части Финского залива и на реке<br />

Нева. // Морской флот №5, 2006. С.4-7.<br />

2. Костылев И. Состояние и перспективы развития тренажерной подготовки специалистов морского<br />

транспорта // Морской флот. - 2006. - №6.<br />

3. Безопасность судоходства: проблемы и пути их решения // Морской флот. - 2008. - №4. - С. 26-31.<br />

4. Котик М.А. Риск в трудовой деятельности // Психологические основы профессиональной деятельности:<br />

хрестоматия / Сост. В.А. Бодров. - М.: ПЕР СЭ; Логос, 2007. - C.277-282.<br />

5. Некрасов С.Н. Ситуационный метод анализа оценки навигационной безопасности плавания. - СПб.<br />

Навигация и гидрография, 2008. - № 5.<br />

6. Рассел С., Норвик П. Искусственный интеллект, СПБ, 2006.<br />

38


АНАЛИЗ РАБОТЫ СУДС В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО<br />

ЗА 2005-2009 г.г.<br />

Сандул Дмитрий Александрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: доцент Пузачёв А.Н.<br />

Принято считать, что по состоянию аварийности на акватории порта можно судить об<br />

уровне безопасности мореплавания. Рассмотрим аварийность на акватории залива Петра Великого<br />

с 2005 г. по 2009 г. включительно, то есть за 5 лет.<br />

В таблице 1 представлена сводка о нарушениях правил плавания в районе действия<br />

СУДС. Из таблицы видно, что количество судов, нарушивших «Правила плавания», увеличилось<br />

(24 против 7 в 2007 году) за счет регистрации нарушений не только в порту Владивосток<br />

(3-й сектор), но и в секторах 1, 4 и 5, а также регистрации таких нарушений, как неправильное<br />

заполнение судном карточки АИС, следование вне зон разделения без связи и согласованного<br />

маршрута перехода с СУДС в секторе 1.<br />

Таблица 1<br />

Сводка о нарушениях правил плавания в районе действия СУДС за 2005-2009 г.г.<br />

Годы<br />

2005 2006 2007 2008 2009<br />

Виды нарушений<br />

Нарушения правил радиосвязи 5 - 3 17 2 *<br />

Движение без разрешения Центра<br />

СУДС<br />

3 - 1 5 -<br />

Невыполнение указаний Центра<br />

СУДС<br />

1 - 1 14 2 *<br />

Нарушения режима движения 1 3 4 11 1 *<br />

Чрезмерное сближение, опасное<br />

маневрирование<br />

- - 2 2 -<br />

Другие виды нарушений - - 3 5 3 *<br />

Всего нарушений 10 7 14 54 8 *<br />

Число судов нарушивших ПП 6 3 7 24<br />

Примечания:<br />

1. Данные, в графе отмеченные (*) являются неполными т.к. приведены к июню 2009 г.<br />

2. С 2008 г. начат учет нарушений правил плавания в прибрежном секторе Региональной СУДС.<br />

По всем случаям нарушения «Правил Плавания» сделаны соответствующие представления<br />

капитанам портов и/или пограничным властям. Внедрение унифицированных бланков<br />

извещений о нарушениях, постоянное взаимодействие СУДС и ИГПК принесло положительные<br />

результаты: количество нарушений «Правил плавания» в 3 и 4 кварталах 2008 года резко<br />

сократилось. Продолжается совершенствование взаимодействия с ИГПК в части контроля<br />

над судоходством в открытой части залива Петра Великого и регистрации нарушений «Правил<br />

плавания в портах залива Петра Великого и на подходах к ним».<br />

В таблице 2 в свою очередь представлена сводка о чрезвычайных ситуациях, произошедших<br />

с судами в районе действия СУДС из таблицы видно, что по состоянию на 2008 год<br />

зафиксировано 15 (в 2007г. -12) чрезвычайных ситуаций, в том числе:<br />

39


Сводка о чрезвычайных ситуациях с судами в районе действия СУДС<br />

за 2005-2009 г.г.<br />

Годы<br />

2005 2006 2007 2008 2009<br />

Виды ЧС<br />

Столкновения 1 - - - -<br />

Посадки на мель,<br />

касания грунта<br />

3 2 4 - 3 *<br />

Навалы, повреждения береговых<br />

сооружений<br />

1 3 - 2 -<br />

Аварии энергоустановок, пожары,<br />

взрывы<br />

3 1 4 6 4 *<br />

Разлив нефтепродуктов и другие<br />

загрязнения<br />

1 1 - 2 -<br />

Другие виды 4 7 4 5 4 *<br />

Всего 13 14 12 15 11 *<br />

Примечания:<br />

1. Данные в графе отмеченные (*) являются неполными т.к. приведены к августу 2009 г.<br />

Таблица 2<br />

1. Два навала:<br />

- навал м/б «Диомид» на с/с «Ирбис», стоящий на якоре кормой к причалам ДВ БАСУ;<br />

- навал парома «Приморец» на плавучий док при подходе к пассажирскому причалу п.<br />

Славянка в результате обесточивания судна.<br />

2. Четыре отказа главных двигателей при следовании судов в зоне действия СУДС и,<br />

как следствие, - аварийные постановки на якорь.<br />

3. Два пожара на судах при стоянке в порту Владивосток.<br />

4. Один случай полного затопления рыболовного судна «Немиров» у причала №42 и<br />

один случай поступления воды в МКО («Капитан Комратов») – судно осталось на плаву.<br />

5. Два случая разлива нефтепродуктов.<br />

В 2009 году (статистика представлена до августа 2009 года включительно) произошло<br />

11 аварийных случаев, в том числе:<br />

1. Два затопления:<br />

Рыбацкие суда «Полесье» и «Снарский» стояли у причала в бухте Диомид и затонули 6<br />

марта, около полудня. Суда были брошены и оставлены без контроля. Оба судна принадлежат<br />

ООО «Моряк-рыболов», порт приписки Находка.<br />

2. Четыре отказа главных двигателей при следовании судов в зоне действия СУДС и<br />

как следствие – аварийные постановки на якорь и заходы в ближайшие порты. В одном случае<br />

произошла гибель члена экипажа, на судне под названием «Almira G» находящееся под<br />

флагом Грузии следовавшее из Ю. Кореи в п. Славянка произошло возгорание электропроводки,<br />

по распоряжению МСКЦ направили находящиеся поблизости суда для оказания помощи.<br />

Оказывали содействие в установлении связи и координации действий. 6 февраля в<br />

05.27 танкер «Лукоморье» снял с аварийного судна 9 человек. Капитан погиб.<br />

3. Одно касание подводного препятствия и грунта:<br />

29.03.09 в 15.58 после отхода от причала Артур б.Улисс в направлении м.Поспелова и<br />

прохода траверза входных буев паром «Приморец» сообщил о касании подводного препятствия.<br />

В следствие чего выход из б.Улисс вне створов. Уточнили координаты, поставили в известность<br />

ИГПК. Направлено Извещение капитану порта Владивосток № 1/03.09.<br />

07.04.09 в 20.15 паромом «Залив Восток» произошло касание грунта, с помощью буксира<br />

"Капитан Царьков" судно развернуто носом на выход. Паром продолжил движение. Повреждений<br />

корпуса в ВРК нет.<br />

40


Из таблиц видно, что аварийные случаи напрямую зависят от:<br />

• Ошибок судоводительского состава в управлении судном.<br />

• Низкой квалификации членов экипажей судов.<br />

• Не обеспечение безопасных условий труда со стороны судовладельцев.<br />

• Недостатки в навигационно-гидрографическом обеспечении морских путей.<br />

• Ошибки операторов СУДС и лоцманов.<br />

Так же немаловажную роль играет состояние флота, если разобраться средний возраст<br />

судов на сегодняшний день, в зависимости от назначения и флага находится, в районе 24-30<br />

лет при расчетных сроках службы, назначенных в технических заданиях на проектирование<br />

этих судов, от 25 до 35 лет. Следовательно, пришло время обновлять отечественный флот,<br />

обоснованно продлевая ресурс существующим объектам или создавая новые суда, учитывающие<br />

изменившиеся условия их эксплуатации. В противном случае, создается значительная<br />

реальная угроза жизни людей, состоянию окружающей среды и собственности.<br />

Капитан порта через свою службу в силу своих обязанностей предпринимает различные<br />

профилактические меры с целью уменьшения риска возникновения аварийных случаев.<br />

Свою деятельность он осуществляет посредством многих мероприятий в том числе:<br />

• посредством контроля за соблюдением в морском порту международных договоров<br />

Российской Федерации, относящихся к торговому мореплаванию;<br />

• процедуры контроля судов, в том числе иностранных;<br />

• инспектирование судов, находящихся в морском порту, включая проверку судовых<br />

документов, дипломов членов экипажей судов;<br />

• контроль за соответствием загрузки судна правилам погрузки и перевозки грузов;<br />

• контроль за деятельностью лоцманской службы в порту;<br />

• проверку деятельности систем управления движением судов;<br />

• выдачу дипломов, подтверждений к дипломам, квалификационных и специальных<br />

свидетельств.<br />

В итоге можно сказать, что профилактические меры направленные капитаном порта на<br />

обеспечение безопасности мореплавания должны напрямую и без замедлений быть приняты<br />

во внимание, но в реальной жизни не все так просто как кажется на первый взгляд, могут<br />

случиться ситуации напрямую от нас независящие. Так же большую роль нужно уделить<br />

подготовке командного состава судна, потому что пренебрежение самыми простейшими<br />

правилами может привести к неминуемой опасности, а в некоторых случаях и к гибели судна.<br />

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ<br />

С СУДНА НА БЕРЕГ<br />

Скворцов Антон Викторович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., доцент Фадюшин С.Г.<br />

fadyushin@msun.ru<br />

В настоящее время поток информации, поступающий на судно и передаваемый с судна<br />

на берег постоянно увеличивается. Основой для передачи судовой информации служит<br />

спутниковая связь. Наибольшее распространение на морских судах получила спутниковая<br />

система связи INMARSAT, которая обеспечивает глобальную связь за исключением приполярных<br />

регионов. Самой ответственной задачей морской спутниковой радиосвязи является<br />

безопасность плавания, достигаемая путем непрерывного приема сигналов тревоги и бедствия<br />

и немедленной их передачи от терпящего бедствие судна на береговую радиостанцию.<br />

Кроме того, судну в автономном плавании необходимо постоянно поддерживать связь с бе-<br />

41


регом для обмена оперативной информацией с судоходной компанией, судовым агентом,<br />

службами безопасности мореплавания, коммерческими службами и т.д.<br />

Для того, чтобы справиться с таким огромным потоком информации, на судне необходимо<br />

иметь персональные компьютеры и специальные программы для обработки и передачи<br />

информации. Персональные компьютеры широко используются для создания локальных информационных<br />

судовых систем. Основой таких систем является судовая локальная компьютерная<br />

сеть, которая позволяет решать комплекс задач по управлению различными компонентами<br />

в сложной структуре морского судна. На базе судовых компьютерных сетей в конце<br />

90-х годов стали создаваться корпоративные компьютерные системы.<br />

Корпоративная компьютерная система это комплекс программного обеспечения, компьютерного<br />

оборудования и компьютерных сетей, предназначенный для автоматизации учрежденческой<br />

и хозяйственной деятельности конкретного предприятия или объединения,<br />

включая судоходные компании и морские суда. В свою очередь корпоративные информационные<br />

системы служат базой современных интегрированных информационных систем ходового<br />

мостика судна. К числу корпоративных компьютерных систем можно отнести такие<br />

системы как: DANAOS, SAMOS, TRIM и другие. Корпоративные компьютерные системы<br />

имеют большое значение не только для эффективного решения производственных задач отдельно<br />

взятой корпорации (судоходной компании), но также являются мощным средством в<br />

деле обеспечения безопасности мореплавания.<br />

Использование спутниковой связи, компьютеров и корпоративных систем обеспечивают<br />

необходимую скорость и эффективность передачи и приёма информации с судна на берег.<br />

Однако при этом возникает проблема, связанная с высокой стоимостью передачи информации<br />

с помощью перечисленных средств. Поэтому вопрос о совершенствовании способов<br />

передачи информации с судна на берег в настоящее время имеет актуальное значение [1].<br />

Специальные исследования по этому вопросу показали, что пути совершенствования<br />

способов передачи информации с судна на берег могут заключаться в следующем:<br />

1. Использование специальных форм для передачи судовой документации (судовой роли<br />

и т. д.) на основе табличного процессора Excel. Сущность этого способа заключается в<br />

том, чтобы, например, после передачи судовой роли, составленной в Excel, в полном виде,<br />

затем передавать только изменения, указывая название ячейки и ту информацию, которая<br />

должна в ней находиться. В данном примере начальная судовая роль будет являться формой,<br />

в которую будут вноситься корректурные изменения, передаваемые по каналам связи.<br />

2. При передаче информации агенту или в порт прихода, сначала передавать её через<br />

спутниковый Интернет в виде форм в судоходную компанию с указанием адреса получателя,<br />

а судоходная компания должна передавать уже полностью отредактированный файл адресату,<br />

используя обычный Интернет.<br />

3. Анализ архиваторов для сжатия передаваемой информации показывает, что наибольший<br />

эффект дают архиваторы, в которых используются подстановочные или словарноориентированные<br />

алгоритмы сжатия информации, такие как LZ (Лемпеля-Зива). Поэтому<br />

целесообразно при сжатии информации использовать подобные архиваторы.<br />

4. Эффективным способом для сжатия информации может быть составление специальных<br />

программ-архиваторов, в которых основой является словарно-ориентированный метод.<br />

Эффект сжатия с помощью таких архиваторов небольших файлов с судовой информацией<br />

лучше, чем в других архиваторах.<br />

5. Для создания текстовых файлов рекомендуется использовать простые текстовые редакторы,<br />

например, Блокнот Microsoft Office, т. к. такие файлы имеет меньший размер.<br />

Предлагаемы пути совершенствования передачи информации с судна на берег уменьшают<br />

объём передаваемой информации и дают положительный экономический эффект.<br />

Литература:<br />

1. Фадюшин С. Г. Компьютерные технологии в судовождении: Учеб. пособие. Ч. 1, 2/ − Владивосток: Мор. гос. ун-т,<br />

2005. − 79 с.<br />

42


ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ<br />

ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ В РАЙОНЕ ПОРТА ДУАЛА<br />

РЕСПУБЛИКИ КАМЕРУН<br />

Тедонзонг Тадо Эрик<br />

Республика Камерун, аспирант каф. СМФ СПГУВК<br />

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,<br />

г. Санкт-Петербург<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Некрасов С.Н.<br />

ericktadoh@yahoo.com<br />

В настоящей статье рассматривается перспективы внедрения автоматизированных<br />

идентификационных систем в районе порта Дуала Республики Камерун с цель повышения<br />

безопасности судоходства.<br />

This article are presents the prospects of the application of new means to increase the safety<br />

of navigation - Automatic Identification Systems (AIS) in the port of Douala Cameroon with goal to<br />

increase safety of navigation.<br />

Настоящее время в системе судоходства Республика Камерун сложилась достаточно<br />

сложная обстановка с точки зрения обеспечения навигационной безопасности плавания. Одним<br />

из направлений существенного повышение уровня навигационной безопасности судовождения<br />

и снижение риска навигационных происшествий является комплексирование современных<br />

систем освещения навигационной обстановки к которым относятся современные<br />

радиолокационные станции (РЛС) и автоматические идентификационные системы (АИС).<br />

Современные автоматизированные средства предупреждения столкновений дают возможность<br />

судоводителю осуществлять навигацию и поддерживать достаточно высокий уровень<br />

безопасности плавания практически при любых гидрометеорологических условиях. Эти<br />

системы строятся по достаточно новому для судоводителя принципу «РЛС – компьютер –<br />

человек» и выступают лишь как источник информации, оценка же ситуации и принятие решения<br />

по-прежнему остаются за судоводителем. Поэтому эффективность использования таких<br />

систем определяется не только степенью освоения самого прибора и его органов управления,<br />

но и, прежде всего, квалификацией судоводителя, умением использовать информацию,<br />

выработанную системой, полагаясь на правила плавания и хорошую морскую практику.<br />

Современные системы автоматизированной обработки радиолокационной информации<br />

способны обнаружить маневр сопровождаемой цели за несколько оборотов антенны судовой<br />

РЛС и выдать полную информацию о ситуации сближения и параметрах движения судна цели<br />

оператору системы через промежуток времени около 30 секунд. Высокая скорость и надежность<br />

обработки радиолокационной информации позволяет судоводителю в кратчайшее<br />

время выполнить оценку ситуации, выбрать маневр расхождения и осуществлять контроль<br />

выполняемого маневра.<br />

РЛС осуществляет постоянное за навигационной обстановкой и способна обнаруживать<br />

движущиеся цели в пределах прямой радиолокационной видимости на фоне подстилающей<br />

поверхности. РЛС обеспечивает разрешение целей, разнесенных по дальности или<br />

скорости, а также определяет дальность до цели, направление движения цели и радиальную<br />

составляющую скорости цели.<br />

Следует отметить, что РЛС как сложная техническая система характеризуется такими<br />

свойствами:<br />

-надёжностью,<br />

-помехозащищенностью,<br />

-наличие зон радиотехнические тени,<br />

-качество подготовки оператора.<br />

Надежность РЛС - это способность сохранять свои тактико-технических характеристик<br />

в установленных пределах в заданных условиях эксплуатации. Количественно надежность<br />

43


характеризуется вероятностью безотказной работы в течение заданного времени, средним<br />

временем исправной работы станции (наработка на отказ), временем восстановления и другими<br />

характеристиками.<br />

Помехозащищенность РЛС - это способность РЛС сохранять основные тактические характеристики<br />

при воздействии помех. Для повышения помехозащищенности широко используют:<br />

работу РЛС в широком диапазоне частот и быструю перестройку частоты, многоканальное<br />

построение РЛС; высокий энергетический потенциал РЛС, чтобы можно было<br />

«перекричать» помеху; снижение уровня боковых лепестков Д.Н.; смену частот повторения<br />

импульсов; управление поляризацией излучаемого сигнала; расширение динамического диапазона<br />

приеме индикаторного тракта; специальные методы обработки принятого сигнала,<br />

различные устройства и схемы защиты в тракте приема и обработки сигналов. В некоторых<br />

случаях на качество распространения зондирующих сигналов РЛС существенное влияние<br />

оказывает гидрометеорологическая обстановка: ливневые осадки, песчаные бури и другие<br />

местные явления.<br />

Наземные объекты формы рельефа; поверхности отдельные острова могут в некоторых<br />

случаях влиять на появления радиотехнической тени. Если суда находятся в зоне радиотехнической<br />

тени, то они не наблюдаются на экранах РЛС, что снижается полноту освещения<br />

надводной обстановки. Это явления следует учитывать при оценке эффективности РЛС.<br />

При оценке эффективности систем освещение обстановки необходимо учитывать качество<br />

работы оператора РЛС.<br />

Оператор для успешного выполнения возложенных на него обязанностей должен обладать<br />

совокупностью умений и навыков, приобретаемых в процессе обучения и последующей<br />

профессиональной деятельности.<br />

Проблема ускоренного формирования необходимого уровня профессионального мастерства<br />

выдвигается на первый план при обучении управлению сложными системами. В деятельности<br />

операторов, управляющих сложными системами, именно практика играет важнейшую<br />

роль. С возрастанием сложности новых систем сокращаются, сроки их морального<br />

старения и соответственно уменьшается время, отводимое на их освоение. Для формирования<br />

у человека-оператора профессиональных навыков и умений, необходимых ему для<br />

управления системой «человек – машина», предназначены тренажеры. Тренажер представляет<br />

собой модель управляемой системы, с помощью которой воспроизводится процесс ее<br />

функционирования, взаимодействия с внешней средой и предметом труда. В результате оказывается,<br />

что навыки, выработанные при обучении на таком тренажере, неадекватны навыкам,<br />

необходимым для работы на реальном оборудовании. Способность оператора правильно<br />

эксплуатировать РЛС можно характеризовать вероятностью недопущения ошибок.<br />

В начале 90-х прошлого века появились новые автоматизированные и автоматические<br />

системы, позволяющие повысить уровень безопасности судоходства. К таким системам, безусловно,<br />

можно отнести автоматизированные идентификационные системы (АИС). АИС базируется<br />

на использовании транспондеров – устройств, которые в автоматическом режиме<br />

позволяют выдавать по радиоканалу информацию о судне (местоположение, идентификационный<br />

номер, габариты судна, тип груза и т.д.). Идея создания этих систем заимствована из<br />

авиации. Изначально транспондеры позволяли только опознавать судно при подходе к зоне<br />

обслуживания. Со временем, кроме опознавания, в транспондеру информацию была включена<br />

и информация о местоположении судна. В 1992 году Международная Ассоциация Маячных<br />

Служб разработала рекомендацию М.825 по применению транспондеров в системах<br />

УДС, выделив для передачи информации 70-й УКВ канал морской подвижной службы. Используя<br />

протокол ЦИВ ГМССБ, судовой транспондер передавал идентификационную информацию<br />

и данные о местоположении судна.<br />

Система автоматической идентификации (АИС) достаточно эффективны при плавании<br />

по районе судоходства Республике Камеруна и обладают широким спектром дополнительных<br />

функций, таких, как статическая информация, динамическая информация, информация<br />

связанная с выполняемым рейсом. На судах “река-море” будет логичным установка систем<br />

44


автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП) и Система автоматической идентификации<br />

(АИС). Система эта предназначена для обмена навигационными данными между<br />

судами при решении задач предупреждения столкновений, для передачи данных о судне и<br />

его грузе в береговые службы, для передачи с судна навигационных данных в береговые системы<br />

регулирования движения судов (СРДС) и более точной и надежной его проводки в зоне<br />

действия системы. В настоящее время международными стандартами предусматривается<br />

применение двух типов судовых АИС: Класса А и Класса Б. Однако в МАМС рассматривается<br />

вопрос о разработке и применении других категорий АИС, в том числе АИС, работающих<br />

только на прием.<br />

Оборудование Класса А должно 100% соответствовать требованиям Резолюции ИМО<br />

MSC.74(69), Рекомендации МСЭ-Р М.1371-1, стандарта МЭК 61993-2 .Оборудование АИС<br />

Класса Б предназначено для установки на не конвенционных судах, может не соответствовать<br />

в полной мере требованиям Резолюции ИМО MSC.74(69) и имеет значительные отличия<br />

от АИС Класса А на уровне интерфейса при сопряжении с датчиками информации.<br />

Современные АИС обладают следующими специфическими особенностями, влияющими<br />

на обеспечении навигационной безопасности плавания.<br />

Благодаря взаимному обмену координатами судов, определенными с высокой точностью<br />

(с помощью ДГНСС - 5-10 метров), а также информацией о текущем курсе повышается<br />

точность определения параметров расхождения и, следовательно, эффективность расхождения<br />

судов в море.<br />

Принцип обмена информацией между судами по радиолинии передачи данных через<br />

транспондеры исключает возможность перебросав маркеров сопровождаемых судов-целей<br />

при их сближении, что имеет место при работе САРП. В результате обеспечивается устойчивое<br />

и надежное автосопровождение судов, расходящиеся на узких фарватерах или проходящих<br />

вблизи плавающих навигационных знаков.<br />

Благодаря взаимному обмену данными о гирокомпасом курсе практически в реальном<br />

времени, обеспечивается информация о направлении диаметральной плоскости судов-целей<br />

и их ракурсе, что способствует принятию правильного решения при расхождении. Маневр<br />

судна-цели легко обнаруживается как по изменению значения гирокомпас курса, так и путем<br />

передачи значения скорости поворота, что позволяет устранить большие трудности, ранее<br />

возникавшие при использовании САРП.<br />

На работу АИС не влияют осадки и волнение моря, как это имеет место сейчас при использовании<br />

РЛС. Это обеспечивает возможность наблюдения за малым судном-целью в условиях<br />

сильного волнения моря.<br />

Предупреждению столкновений судов будет способствовать также взаимный обмен<br />

между участниками движения информацией о типе судна, его осадке, размерах и навигационных<br />

параметрах, а также о планируемых маневрах.<br />

При включении АИС структуру систем управления движением (СУДС) появляются<br />

новые свойства, к которым можно отнести следующее.<br />

Непрерывное автоматическое опознавание контролируемого судна, что исключает необходимость<br />

применения малоэффективных дорогостоящих УКВ-радиопеленгаторов.<br />

Высокая точность определения положения контролируемого судна при его движении<br />

по узкому каналу, которая достигается сопровождением сигналов АИС данными о местоположениях<br />

судна, полученным и от дифференциальной подсистемы ГНСС.<br />

Возможность обнаружения маневра судна в реальном времени за счет контроля изменениями<br />

текущего (гирокомпасного) курса судна-цели.<br />

Расширение зоны обслуживания СУДС за счет большей дальности действия АИС в<br />

сравнении с радиолокационным обзором.<br />

Контроль за судами (оборудованными транспондерами), находящимися в теневых зонах<br />

БРЛС (изгиб мыса, остров) за счет лучшего распространения радиоволн УКВ-диапазона,<br />

на котором работают транспондеры.<br />

45


Автоматический ввод в базу данных СУДС основных сведений о судне (наименование,<br />

размеры, осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА и др.), которые используются<br />

в локальной вычислительной сети МАП для направления другим пользователями.<br />

Высокая надежность автосопровождения контролируемого судна, в том числе при<br />

близком расхождении судов на канале и подходе судна к причалу порта (исключение возможности<br />

переброса маркеров сопровождения, характерных для радарных систем).<br />

Контроль за судоходством на речных участках плавания без установки дополнительных<br />

РЛС.<br />

Удобство регистрации информации АИС на электронных носителях и дальнейшее воспроизведение<br />

информации на экране.<br />

Возможность прогнозирования пути следования судна.<br />

При входе в зону действия АИС судно автоматически передает навигационные данные<br />

(местоположение, курс, скорость), что позволяет береговым службам уточнить ожидаемое<br />

время прихода (ЕТА) и установить время начала обработки судна в порту.<br />

Благодаря использованию портативной аппаратуры АИС лоцманами может быть обеспечен<br />

автоматический контроль за местоположением и движением лоцманских судов, автоматизированный<br />

обмен информацией с судами о порядке лоцманской проводки, времени и<br />

месте приема лоцмана.<br />

Использование АИС на рыбопромысловых судах позволяет осуществлять контроль за<br />

ними в районе промысла.<br />

С помощью АИС может передаваться навигационная и метеорологическая информация<br />

на суда, плавающие в прибрежных водах.<br />

Использование АИС в плавучих и стационарных средствах навигационного оборудования<br />

(СНО) повысит эффективность применения этих средств.<br />

АИС является качественно сложной системой, эффективность которой будет определяется<br />

эффективностью работы компонент: орбитальной группировки космических аппаратов,<br />

наземных системами обеспечивающих работу спутников навигационных систем, наземными<br />

контроль-корректирующими станциями и т.д. Эффективность работы системы АИС упрощение<br />

будет характеризоваться надёжностью всей периферийной части системы и надёжностью<br />

корабельного индикатора. Подробно АИС описаны в книге (Автоматизация судовождение.<br />

СПБГУВК 2006).<br />

Для анализа сравнительной эффективности РЛС и АИС будет использована конъюнктивная<br />

модель реализации их основных свойств. Тогда вероятность эффективного использования<br />

судовой РЛС можно представить:<br />

Ð ÐËÑ<br />

= Ð × Ð × Ð ×<br />

(1)<br />

1 2 3<br />

Ð4<br />

где Ð1<br />

-вероятность безопасности работы РЛС;<br />

Ð2<br />

-вероятность появления благоприятных с точки зрения помехозащищенности условий<br />

работы РЛС;<br />

Ð3<br />

-вероятность появлений зон радиотехнической тени;<br />

Ð4<br />

-вероятность безошибочных действий оператора РЛС.<br />

При этом вероятность эффективного применения АИС составляет:<br />

Ð<br />

ÀÈÑ<br />

= Ðà1 × Ð<br />

(2)<br />

à2<br />

где Ðà<br />

1-вероятность правильного функционирования пере подсистемы АИС,<br />

Ðà2<br />

-вероятность рабочих корабельных системы АИС.<br />

Приращение эффективности освещения навигационной обстановки при использовании<br />

АИС по сравнению с использованием РЛС можно оценить следующим образом:<br />

ΔÐ<br />

1<br />

= ( ÐÀÈÑ<br />

− ÐÐËÑ<br />

)<br />

Ð<br />

(3)<br />

ÀÈÑ<br />

где ΔÐ- приращение эффективности.<br />

46


Учитывая сложность получения исходящих данных по частным вероятностями, входящим<br />

в (1) и (2) для оценки эффективности каждой системы и увеличения эффективности использования<br />

АИС по сравнению с РЛС применим равно параметрический подход, который<br />

заключается в использовании частных эффективности Ði=0.85,0.9,0.95,0.99,где i =1-4.<br />

Результаты вычислений по оценке эффективности приведены в таблице 1 и на рис. 1.<br />

Приращение эффективности системы РЛС и АИС<br />

Ð<br />

i<br />

0.85 0.9 0.95 0.99<br />

Ордината 1 2 3 4<br />

Ð<br />

ÐËÑ<br />

0.52 0.65 0.81 0.96<br />

Ð<br />

ÀÈÑ<br />

0.72 0.81 0.9 0.98<br />

Δ Ð<br />

0.27 19.7 10 2<br />

Таблица 1<br />

Из приведенного анализа следует, что использование АИС на 20-25% поднимает эффективность<br />

освещения навигационной обстановки.<br />

Диаграмма.1 Приращение эффективности системе РЛС и<br />

АИС<br />

1,2<br />

в<br />

е<br />

р<br />

о<br />

я<br />

т<br />

н<br />

о<br />

с<br />

т<br />

ь<br />

1<br />

0,8<br />

0,6<br />

0,4<br />

0,2<br />

Ррлс<br />

Раис<br />

∆Раис<br />

0<br />

1 2 3 4<br />

Кроме указанного выше представляет интерес оценить эффективность комплексного<br />

использования и РЛС и АИС на судне.<br />

Эффективность комплексирования указанных систем оценивается по выражению:<br />

Ð = Ð + Ð − Ð × Ð<br />

(4)<br />

ê<br />

ðëñ<br />

àèñ<br />

А анализ приращения эффективности освещения навигационной системы в этом случае<br />

составит:<br />

ðëñ<br />

àèñ<br />

47


( Ð − Ð )<br />

ΔÐ<br />

Ê ÐËÑ<br />

Ê 1<br />

=<br />

Ð<br />

(5)<br />

Ê<br />

( Р − Р )<br />

ΔР<br />

К АИС<br />

К 2<br />

=<br />

Р<br />

(6)<br />

К<br />

где ÐÊ<br />

-вероятность освещения навигационной обстановки комплексной системы.<br />

Результаты оценки эффективности комплексного применения РЛС и АИС по выражениям<br />

(4,5,6) приведены в таблице 2 и на рис. 2.<br />

Комплексирование приращение эффективности системы РЛС и АИС<br />

Из приведенного анализа можно заключение:<br />

1. Широкое внедрение АИС на судах Республики Камерун повышает эффективность<br />

освещения навигационной обстановки по сравнению с РЛС на 15-20%.<br />

2. Комплексное применение систем АИС и РЛС приводит к увеличению эффективности<br />

освещения навигационной обстановки на 25-30% по отношению к РЛС и на 10-15% по отношению<br />

к АИС.<br />

Несомненно, внедрение и эффективное использование автоматических идентификационных<br />

систем (АИС) и средства автоматизированной обработки радиолокационной инфор-<br />

Ð<br />

i<br />

0.85 0.9 0.95 0.99<br />

Ордината 1 2 3 4<br />

Ð<br />

Ê<br />

0.86 0.93 0.98 0.99<br />

Δ Ð Ê 1<br />

,% 39 30 17.3 3<br />

Δ Ð Ê 2<br />

,% 16 12.9 8.2 1<br />

Таблица 2<br />

Диаграмма.2 Приращение эффективности систем РЛС и<br />

АИС при их компрексировании<br />

1,2<br />

1<br />

0,8<br />

0,6<br />

Рк<br />

∆РК1(аис)<br />

∆Рк2(рлс)<br />

0,4<br />

0,2<br />

0<br />

1 2 3 4<br />

48


мации (САРП) при плавании по району порта Дуала Республики Камерун, позволит снизить<br />

аварийность и повысить уровень безопасности судоходства.<br />

Литература<br />

1. Некрасов С.Н. Ситуационный анализ навигационной безопасности плавания. - СПБ. СПБГУВК, 2008. -<br />

С. 45-49.<br />

2. Каретников В.В., Ракитин В.А., Сикаров А.А., Автоматизация судовождение. – СПБГУВК, 2006. - С. 38-<br />

48.<br />

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МАНЕВРИРОВАНИЯ СУДНА С УЧЕТОМ<br />

ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ<br />

Хоменко Дмитрий Борисович, Акмайкин Денис Александрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />

Безопасность морского и речного судоходства всегда являлась одним из важнейших<br />

факторов мирового судоходства. И в настоящее время этот вопрос остается одним из приоритетных<br />

практически во всех ведущих морских державах мира.<br />

Данная работа представляет собой разработку математической модели программного<br />

комплекса отслеживающего движение судна относительно полей волн и рекомендация оптимального<br />

курса при данном условии волнения, позволяющего так же рассчитывать максимально<br />

достоверную траекторию предполагаемого маневра с учетом всех динамических факторов<br />

влияющих на условия судовождения.<br />

В разрабатываемой системе происходит анализ состояния судна, объектов находящихся<br />

в зоне видимости судовой радиолокационной станции (РЛС), погодных факторов. Учет условий<br />

и способов штормования, рекомендации судоводителю при неблагоприятных сочетания<br />

курсовых углов и скоростей. Сигнализация при возникновении теоретически возможной<br />

аварийной ситуации.<br />

Первым этапом создания рассматриваемой системы является исследование морского<br />

волнения.<br />

Волнение является одним из решающих факторов влияющих на условия судовождения<br />

и на результаты парусных соревнований в море. Учеными и судостроителями выполняются<br />

обширные исследования по изучению волнения, но к сожалению, только незначительная<br />

часть накопленных знаний имеет какое-то отношение к проблемам, волнующим судоводителя,<br />

как на малых лодках, так и на большегрузных судах.<br />

При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых<br />

курсовых углов характеристики его основных мореходных качеств, таких, как остойчивость,<br />

качка и управляемость существенно изменяются.<br />

Для улучшения условий судоходства высоту и направление морских волн видится возможным<br />

определять с помощью судового локатора. В настоящее время судовые радиолокационные<br />

станции оборудуются модулями, позволяющими избавиться от помех, создаваемых<br />

на экране РЛС морским волнением. Для этих целей используются фильтра с ручной регулировкой,<br />

которые позволяют убрать помехи создаваемые от волн, но не дают информации о<br />

высоте и скорости волн.<br />

Детально изучив эти помехи, на базе судовой РЛС, можно судить о параметрах морского<br />

волнения вокруг судна в реальном времени. До настоящего времени высота и направление<br />

волн определялись судоводителем визуально и условия штормования, соответственно зависят<br />

то квалификации штурмана.<br />

49


Рис. 1. Простейшая структурная схема системы<br />

Подобная работа проводилась сотрудниками Дальневосточного государственного технического<br />

университета кандидатом технических наук Храмушиным Василием Николаевичем<br />

и доктором технических наук Антоненко Сергеем Владимировичем «Поисковые исследования<br />

штормового мореходства» (Вестник ДВО РАН. 2004. № 1). Основная задача их работы<br />

состояла в разработке корабельного варианта метеостанции, который может составить<br />

основу универсальной бортовой аппаратуры для автоматического определения состояния<br />

моря, атмосферы и динамики их взаимодействия с движущимся судном. Характер морского<br />

волнения косвенно оценивается с помощью безинерционных инклинометров или акселерометров,<br />

измеряющих параметры бортовой, килевой и вертикальной качки корабля.<br />

Задача же настоящего исследования состоит в детальном изучении морского волнения<br />

с учетом всех характеристик судна. Система рассматривается с учетом универсальной штормовой<br />

диаграммы Ю. В. Ремеза, которая позволит определят неблагоприятные сочетания<br />

скорости и курсовых углов бега волн, так называемых резонансных зон. (рис. 2) Несмотря на<br />

это, знание таких сочетаний, дает судоводителю возможность принимать решения о выборе<br />

метода штормования. Если, например, известно, что резонанс наступает на встречном волнении,<br />

то это является основанием для того, чтобы предпочесть штормование на попутном<br />

волнении. Если известны резонансные сочетания курса и скорости, то становится ясным, в<br />

какую сторону изменять фактические курс и скорость, чтобы, если и не выйти за пределы<br />

резонансной зоны, то по крайней мере не ухудшить положения судна. Своевременный учет<br />

информации данного характера позволит многократно повысить безопасность мореплавания.<br />

Так же программный комплекс определяет наилучший, в зависимости от окружающих<br />

метеоусловий, способ движения галсом и рекомендует судоводителю оптимальный курс<br />

движения судна. Очевидно, что это приведет к существенной экономии топлива и времени<br />

затрачиваемого на рейс.<br />

Второй этап рабаты заключается в расчете максимально достоверной траектории предполагаемого<br />

маневра судна.<br />

Многолетние наблюдения за поведением грузовых судов в период совершения маневра<br />

показывают существенное отличие траектории движения того же маневра, при различных<br />

степенях загрузки.<br />

Для проведения анализа инерционных сил, влияющих на маневренные характеристики<br />

судна, в работе рассматривается маневр «Зигзаг Кемпфа», т.к. согласно резолюции<br />

601(15), резолюции MSC.137(76), Explanatory notes to the standards for ship maneuverability<br />

50


(MSC/Circ.1053), он включен в программу ходовых испытаний при введении судна в эксплуатацию.<br />

Рис. 2. Универсальная штормовая диаграмма Ю. В. Ремеза для больших глубин: λ—длина<br />

волны; V— скорость судна; q — курсовой угол бега волны<br />

Испытания на зигзаг начинаются с перекладки руля на заданный угол из первоначального<br />

положения его в диаметральной плоскости - . Затем, когда направление движения<br />

судна изменится на угол перекладки руля от первоначального - , руль перекладывается на<br />

заданный угол, на другой борт - (рис. 3). После этого заданный угол пера руля удерживается<br />

до тех пор, пока, курс судна не пройдет через исходный курс и изменится на заданный<br />

угол в противоположную сторону - .<br />

В Стандарты включены два вида испытаний на зигзаг - 10°/10° и 20°/20°. В первом случае<br />

угол кладется на 10° любого борта и затем, когда направление движения изменится на<br />

10°, перекладывается на такой же угол другого борта.<br />

Во втором случае угол кладки руля и изменение направления движения составляют 20°.<br />

Такой маневр является одним из основных, постоянно используемых судоводителями в<br />

практике эксплуатации судов и известен как одерживание. Под одерживанием понимается<br />

остановка вращения судна, совершающего поворот, с помощью перекладки руля на противоположный<br />

борт.<br />

51


52<br />

Рис. 3. Пример маневра «Зигзаг Кэмпфа»<br />

Наиболее важной информацией, полученной из этих испытаний, являются величины<br />

углов зарыскивания, время изменения курса судна на заданный угол - и время, необходимое<br />

на компенсацию зарыскивания - .<br />

Были проведены три серии натурных испытаний при разной степени загрузки судна в<br />

каждой серии.<br />

Результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что время прохождения<br />

судном контрольных точек в каждом эксперименте из серии зависит от количества<br />

перевозимого груза. При сравнении расчетных и экспериментальных значений была обнаружена<br />

значительная погрешность результатов вычислений, которая при внесении суммарной<br />

поправки Δ в расчеты существенно уменьшалась.<br />

Ели рассматривать особенности движения наливных судов применительно к системам<br />

автоматической радиопрокладки (САРП), системам электронной прокладки (СЭП) и другим<br />

подобным, можно сделать следующее предположение: во всех подобных системах для проигрывания<br />

маневров расхождения вносятся коэффициенты, полученные при заводcких испытаниях<br />

полной загрузке и минимальном влиянии окружающей среды. Также такие системы<br />

не учитывают другие дополнительные факторы, влияющие на движение судна, такие например,<br />

как: степень загрузки, плотность груза, сила и направление морского волнения, сила<br />

ветра, течения и т.п. Используя приведенные в статье результаты описывающие движение<br />

судна при различных условиях, возможно, создать систему, позволяющую точнее рассчитывать<br />

маневр на существующем в настоящее время оборудовании, использую дополнительные<br />

данные для расчетов. Данные для рассматриваемой системы (координаты, скорость) возможно<br />

принимать с уже установленного на судне оборудования (судовая РЛС, GPS, лаг). Это<br />

позволяет существенно упростить создание и ввод в эксплуатацию предлагаемой системы,<br />

так как на судне не потребуется установка дополнительного оборудования.<br />

В такой системе, изначально используются параметры движения судна, полученные<br />

при заводских испытаниях. В дальнейшем коэффициенты, описывающие траекторию движения<br />

судна, корректируются автоматически, каждый раз при изменении параметров, как судна<br />

(характера, массы груза и особенности загрузки), так окружающей среды. Для этого, танкеру<br />

необходимо совершить движение, отличное от прямолинейного, что в условиях эксплуатации<br />

судна неизбежно. Помимо более точного проигрывания маневра, такая система сможет<br />

показать будущую траекторию движения судна на экране, относительно окружающей обстановки.<br />

Изменение алгоритма расчета траектории производится в каждый момент времени, с<br />

учетом всех вышеперечисленных факторов, которые в течении рейса не могут оставаться постоянными.<br />

Такой метод способствует максимально достоверному расчету. Создание такой<br />

системы, увеличит безопасность мореплавания и позволит снизить вероятность морских и<br />

экологических катастроф.<br />

Применение системы возможно на судах всех типов. В зависимости от комплектации ее<br />

стоимость составит от 10 до 50 тыс. долларов, что несомненно вызовет интерес судовладельцев.


АНАЛИЗ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ<br />

Хоцкий Максим Игоревич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: доцент Аносов Н.М.<br />

anosov@msun.ru<br />

В последнее десятилетие только на судах морского транспортного флота России ежегодно<br />

фиксируется в среднем более 60 аварийных случаев и наблюдаются тенденции их роста.<br />

Мировая статистика свидетельствует о том, что суда для перевозки лесных грузов, на долю<br />

которых приходится около 10% мирового объема морских перевозок, по количеству аварий<br />

опережают все без исключения типы судов, но при этом аварии крайне редко заканчиваются<br />

их гибелью: лесовозы опрокидываются и гибнут многократно реже, чем суда другого<br />

назначения.<br />

Применительно к российскому флоту эта статистика справедлива только в части, касающейся<br />

повышенной аварийности лесовозов, а что касается низкой вероятности их гибели,<br />

то реальность жестко опровергает это заключение. В качестве подтверждения вышесказанного<br />

можно привести следующее: у причалов портов опрокинулись теплоходы "Паллада" и<br />

"Алга", в море только в последние годы с грузом леса на борту затонули теплоходы "Виктор<br />

Вихарев", "Вест", "Синегорье" и, наконец, "Кастор-1".<br />

Кроме того, в течение двух недель декабря 2005 года шесть лесовозов с российскими<br />

экипажами, вышедшие из портов российского Дальнего Востока, потеряли вблизи северозападного<br />

побережья Японии палубный лесной груз, создав угрозу безопасности мореплавания<br />

и причинения вреда водной среде.<br />

В осенне-зимний период 2006 года восемь судов, вышедших из российских портов и ведомые<br />

российскими моряками, сбросили палубный лесной груз на акватории Японского моря.<br />

Причинами аварий лесовозов являются: использование устаревших, а порой и неприспособленных<br />

к лесным перевозкам судов, несовершенство нормативной базы, определяющей<br />

правила погрузки, крепления и перевозки леса на судах, низкий профессионализм и утрата<br />

экипажами судов накопленного опыта лесных перевозок, а также человеческий фактор<br />

и крайне неблагоприятные гидрометеорологические условия.<br />

В ряде аварийных случаев сброс груза за борт и гибель судна были обусловлены нарушением<br />

существующих нормативных документов, определяющих правила погрузки, крепления<br />

и перевозки лесных грузов на судах. Однако во многих случаях аварии (в том числе и в<br />

портах) возникли при неукоснительном выполнении всех существующих нормативных требований.<br />

Примерами подобных аварий могут служить аварии лесовозов «Взморье», «Вяткалес»<br />

и «Ураллес» в портах и лесовозов «Тайганос», «Сунгари», «Сахалинлес», «Орехово –<br />

Зуево» и других судов на переходе.<br />

Причинами большинства из перечисленных аварий являются недостаточная прочность<br />

конструкции крепления палубного груза, разрушение стензелей и разрыв найтовых.<br />

Характерно, что большинство аварийных ситуаций вне зависимости от мест а их возникновения<br />

происходят по одной схеме:<br />

возникновение крена => разрушение конструкций крепления груза => смещение палубного<br />

груза => резкое увеличение крена судна => самопроизвольный или регулируемый<br />

сброс палубного груза.<br />

Таким образом, из всего вышесказанного можно сделать вывод, что существующие<br />

нормативные документы не обеспечивают должной безопасности при перевозке и креплении<br />

лесного палубного груза, в связи с чем было решено проанализировать некоторые существующие<br />

рекомендации по креплению палубного груза:<br />

Целью данной работы является определение зависимости усилий, возникающих в найтовых,<br />

в зависимости от коэффициента трения между грузом (в данной работе рассматривается<br />

пакетированный лесной груз) и палубой.<br />

53


Расчет крепления палубного груза (рекомендации ИМО)<br />

Исходные данные:<br />

максимальный угол крена, max = 31,5º;<br />

масса груза, m = 663,6 т;<br />

координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Z = 3,85 м;<br />

период бортовой качки, T = 25,2º;<br />

высота волны, h g = 21м (принята к расчетам максимально возможная в северной части<br />

Тихого океана);<br />

координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Y =0;<br />

масса груза, m = 663,6 т.<br />

l× b× h= 18,75× 15,36× 6 - линейные размеры груза,<br />

f = 0,5; 0,45; 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; 0,25; 0,2;<br />

0,15; 0,1; 0,05; 0 – коэффициент трения скольжения.<br />

1) При бортовой качке на судно действуют силы инерции и тяжести, суммарную поперечную<br />

составляющую можно определить из:<br />

2<br />

⎡ ⎛2π<br />

⎞ ⎛ hâ<br />

⎞<br />

⎤<br />

Py<br />

= m ⎢g ⋅ sinθmax + ⎜ ⎟ ⋅⎜θmax ⋅ z+ sinθmax<br />

⎟⎥<br />

= 3715,064 êÍ<br />

⎢<br />

T θ ⎝ 2<br />

⎣ ⎝ ⎠<br />

⎠⎥<br />

⎦<br />

Это усилие смещает груз и создает опрокидывающие моменты.<br />

2) Минимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси<br />

OZ, может быть определена из:<br />

2<br />

⎡ ⎛2π<br />

⎞ ⎛ hâ<br />

⎞<br />

⎤<br />

Pz<br />

= m⋅⎢g⋅cosθmax −⎜ ⎟ ⎜θmax ⋅ y+ cosθmax<br />

⎟⎥<br />

= 5181,081 êÍ<br />

⎢<br />

T θ ⎝ 2<br />

⎣ ⎝ ⎠<br />

⎠⎥<br />

⎦<br />

3) Расчет сил, действующих на судно, производится по формулам:<br />

F( x) = m⋅ a( x) + Fw( x) + Fs( x) = 3987,137 êÍ ,<br />

F( y) = m⋅ a( y) + Fw( y) + Fs( y) = 5975,107 êÍ ,<br />

F( z) = m⋅ a( z) = 2311,319 êÍ ;<br />

где:<br />

a(x,y,z) – продольное, поперечное и вертикальное ускорения;<br />

a(x) = 3,078 м/с 2;<br />

a(y) = 5,427 м/с 2 ;<br />

a(z) = 3,483 м/с 2 ;<br />

Fw ( x) = 1,5 ⋅b⋅ h= 138, 24 Í - продольная сила ветрового давления;<br />

Fw ( y) = 1,5 ⋅l⋅ h= 168,75 Í - поперечная сила ветрового давления;<br />

Fs<br />

( x) = p⋅b⋅ h= 1806,336 Í - продольная сила удара волн;<br />

Fs<br />

( y) = p⋅l⋅ h= 2205 Í - поперечная сила удара волн;<br />

p = 7,4 кН/м 2 при высоте заливания < 0,6 м;<br />

p = 19,6 кН/м 2 при высоте заливания > 1,2 м.<br />

В диапазоне величин заливания более 0,6 м и менее 1,2 м значения p определяются линейной<br />

интерполяцией.<br />

Приведенные ниже величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести,<br />

килевой качки и подъема груза на волне, параллельно палубе. Приведенные величины<br />

вертикальных ускорений не включают значений статического веса.<br />

Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следующим условиям<br />

эксплуатации:<br />

- неограниченный район плавания;<br />

- любое время года;<br />

- длина судна (L) 100 м;<br />

54


- эксплуатационная скорость 15 узлов;<br />

- отношение B/h >= 13 (B – ширина судна, h – метацентрическая высота).<br />

Основные данные ускорений<br />

Поперечное ускорение a y в м/с 2<br />

Продольное ускорение<br />

в м/с 2<br />

Верх палубы 7,1 6,9 6,8 6,7 6,7 6,8 6,9 7,1 7,4 3,8<br />

Низ палубы 6,5 6,3 6,1 6,1 6,1 6,1 6,3 6,5 6,7 2,9<br />

Твиндек 5,9 5,6 5,5 5,4 5,4 5,5 5,6 5,9 6,2 2,0<br />

Трюм 5,5 5,3 5,1 5,0 5,0 5,1 5,3 5,5 5,9 1,5<br />

Доля длины<br />

судна L<br />

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9<br />

Вертикальное<br />

ускорение a z 7,6 6,2 5,0 4,3 4,3 5,0 6,2 7,6 9,2<br />

в м/с 2<br />

Корма Длина судна, L Нос<br />

Для судов, длина которых отличается от 100 м и скорость которых отличается от 15 узлов,<br />

величины ускорений корректируются коэффициентом, приведенным в таблице ниже.<br />

Коэффициент корректуры ускорений в зависимости от L и v судна<br />

Длина, м<br />

Скорость,<br />

уз<br />

9<br />

50<br />

1,20<br />

60<br />

1,09<br />

70<br />

1,00<br />

80<br />

0,92<br />

90<br />

0,85<br />

100<br />

0,79<br />

120<br />

0,70<br />

140<br />

0,63<br />

160<br />

0,57<br />

180<br />

0,53<br />

200<br />

0,49<br />

12 1,34 1,22 1,12 1,03 0,96 0,90 0,79 0,72 0,65 0,60 0,56<br />

15 1,49 1,36 1,24 1,15 1,07 1,00 0,89 0,80 0,73 0,68 0,63<br />

18 1,64 1,49 1,37 1,27 1,18 1,10 0,98 0,89 0,82 0,76 0,71<br />

21 1,78 1,62 1,49 1,38 1,29 1,21 1,08 0,98 0,90 0,83 0,78<br />

24 1,93 1,76 1,62 1,50 1,40 1,31 1,17 1,07 0,98 0,91 0,85<br />

Дополнительно для судов, соотношение B/h у которых менее 13, величины поперечных<br />

ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в таблице:<br />

Коэффициент корректуры при B/h < 13<br />

B/h 7 8 9 10 11 12 13 и более<br />

Верх палубы 1,56 1,40 1,27 1,19 1,11 1,05 1,00<br />

Низ палубы 1,42 1,30 1,21 1,14 1,09 1,04 1,00<br />

Твиндек 1,26 1,19 1,14 1,09 1,06 1,03 1,00<br />

Трюм 1,15 1,12 1,09 1,06 1,04 1,02 1,00<br />

55


4) Усилия, возникающие в найтовых при бортовой качке<br />

• под действие опрокидывающих моментов:<br />

Py⋅ hg + Fw( y) ⋅ hn + Fs( y) ⋅hç −0,5⋅Pz⋅b<br />

Fí<br />

= =−1425,19<br />

êÍ ,<br />

b⋅ sinα1+ hk<br />

⋅cosα1<br />

где:<br />

h к = 6 м – расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;<br />

b = 15,36 м – ширина груза на палубе;<br />

h g – расстояние по вертикали от палубы до середины груза;<br />

h п – половина высоты площади парусности;<br />

h з – половина высоты заливания;<br />

α 1 = 45° – угол между поперечным найтовым и палубой.<br />

Условно можно принять h п = h з = h g = половине высоты груза = 3 м.<br />

• под действием сил, смещающих груз (расчеты ниже приведены для f = 0,5):<br />

F( y)<br />

− f ⋅ Pz<br />

Fí<br />

= = 3190,906 êÍ .<br />

cosα1+ f ⋅sinα1<br />

Из полученных значений F н выбирается большее, которое и принимается за усилие,<br />

возникающее в найтовых при бортовой качке.<br />

5) Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке:<br />

Fx ( ) − f⋅<br />

Pz<br />

Fí<br />

1<br />

= = 1316,629 êÍ ,<br />

cosα2 + f ⋅sinα2<br />

где:<br />

α 2 = 45° – угол между продольным найтовым и палубой.<br />

Зависимость усилия, возникающего в найтовах при килевой качке,<br />

от коэффициента трения<br />

fn 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0<br />

Fn 1316, 1614, 1934,0 2277,0 2646,4 3045,4 3477,6 3947,4 4459,9 5021, 5638,6<br />

1 63 7 6 8 9 4 5 3 3 2 6<br />

56


Зависимость усилия, возникающего в найтовах при бортовой качке, от коэффициента трения<br />

fn 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0<br />

F 3190,9 3553, 3942,2 4359,6 4809,1 5294,5 5820,4 6392,1 7015,7 7698, 8450,0<br />

n 1 61 2 11 12 74 92 41 6 77 78<br />

Расчет усилий, действующих на монолитный груз на палубе (4м)<br />

Графики зависимости X и Y от коэффициента трения<br />

57


Схема расчетов лес на палубе принимается как монолитный груз<br />

Таблица зависимости суммарной боковой нагрузки на трёх уровнях стензеля<br />

от коэффициента трения:<br />

f 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Z<br />

рсум 28,02 28,4 28,78 29,16 29,53 29,91 30,29 30,67 31,05 31,43 31,8 0<br />

рсум 30,08 30,46 30,84 31,22 31,6 31,97 32,35 32,73 33,11 33,49 33,87 3,5<br />

рсум 32,15 32,52 32,9 33,28 33,66 34,04 34,42 34,79 35,17 35,55 35,93 7<br />

График зависимости суммарной боковой нагрузки от коэффициента трения<br />

Таким образом, на основании проведенных выше вычислений, мы увидели, что 3 рассмотренные<br />

методики обеспечивают безопасную перевозку лесного палубного груза при<br />

высоких коэффициентах трения, то есть когда груз перевозится в хорошую солнечную погоду.<br />

Однако при понижении коэффициента трения (в случае дождя, снега, обморожении) нагрузки<br />

в найтовых сильно увеличиваются, как видно на представленных выше графиках,<br />

что, возможно, и приводит к разрыву найтовых, деформации и разрушению стензелей и, как<br />

следствие, смещению палубного груза. Таким образом, главный вывод настоящей работы:<br />

существующая нормативная база не обеспечивает надлежащей безопасной сохранной<br />

перевозки.<br />

В связи с этим в МГУ имени адмирала Невельского на кафедре управления судном<br />

проводятся исследования по предложению принципиально новой схемы укладки и крепления<br />

лесного пакетированного палубного груза.<br />

58<br />

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ОБНАРУЖЕНИЯ СОСЕДНИХ СУДОВ<br />

С ПОМОЩЬЮ РЛС И АИС<br />

Ярощук Владислав Валерьевич, Хоменко Дмитрий Борисович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент Акмайкин Д.А.<br />

yaroshuk@msun.ru, 0007177@mail.ru<br />

К судовым навигационным (радиолокационным станциям) РЛС предъявляют следующие<br />

требования: круговой обзор по азимуту, дающий возможность контролировать окружающую<br />

надводную обстановку в заданном радиусе действия. К характеристикам РЛС отно-


сятся: достаточная разрешающая способность измерения расстояний и точность измерения<br />

расстояний и направлений на обнаруживаемые объекты, наличие ориентации изображения<br />

отражаемых сигналов от объектов на экране индикатора как относительно курса, (диаметральной<br />

плоскости судна) так относительно и меридиана (истинного севера). Обнаружение<br />

как крупных, так и малых низкорасположенных надводных объектов (шлюпки, знаки навигационного<br />

ограждения и прочие надводные препятствия) при различных состояниях водной<br />

поверхности. Слабое влияние качки на дальность обнаружения объектов. Возможность воспроизведения<br />

на экране индикатора как относительного, так и истинного движения объектов.<br />

Высокая надежность, обеспечивающая круглосуточную работу станции и простоту обслуживания.<br />

Достаточная помехозащищенность от отражений, вызванных взволнованной морской<br />

поверхностью и атмосферными осадками. Одной из главной особенностью РЛС является<br />

возможность виденья берегов.<br />

Но также как и плюсы есть у РЛС и минусы: Невозможность видеть судно за берегом<br />

или другим препятствием, а так же уязвимость для захвата с помощью систем автоматической<br />

радиопрокладки (САРП) из-за особенности распространения зондирующего и отраженного<br />

лучей. При сближении нескольких сопровождаемых САРПом судов целей возможен<br />

сброс маркера или перебрасывание маркера. Недостаточная разрешающая способность радара<br />

несколько целей на экране сливаются в один эхосигнал. Так же влияние помех от моря<br />

или от атмосферных осадков приводит к ухудшению чувствительности РЛС.<br />

Использование Автоматической идентификационной системы (АИС) увеличивает расстояние<br />

гарантированного обнаружения встречных судов. Радиусом действия АИС в открытом<br />

море можно считать дальность УКВ радиосвязи. С учетом высоты установки антенн<br />

АИС над уровнем моря радиус действия АИС лежит в пределах 20–30 миль. В то же время<br />

дальность уверенного обнаружения и автоматического сопровождения встречного судна с<br />

помощью РЛС/САРП зависит от размеров судна-цели, погодных условий и других факторов<br />

и лежит в пределах 6 – 20 миль. Как следствие малое судно-цель, оборудованное АИС, будет<br />

обнаруживаться примерно на тех же расстояниях, что и крупные суда с помощью РЛС.<br />

В районах с изрезанной береговой линией, в архипелагах, в узких проливах, фиордах и<br />

на реках АИС позволяет получать информацию по судам, находящимся в "теневых" секторах<br />

РЛС, обусловленных береговым рельефом. На экране картографической системы благодаря<br />

АИС появляется возможность идентификации и слежения за целью. Для АИС отсутствует<br />

понятие минимальная дальность действия ("мертвая зона"), свойственное РЛС, благодаря<br />

чему возможно получение информации от рядом расположенных судов, например, ошвартованных<br />

лагом. Эффективность АИС не снижается при использовании на акваториях портов и<br />

в стесненных водах, где очень трудно обеспечить своевременный захват и сопровождение<br />

целей с помощью САРП. Ограниченная разрешающая способность РЛС и отражения от береговых<br />

объектов не позволяют, как правило, вести наблюдение за судами, стоящими у причала.<br />

АИС позволяет с высокой и эффективностью ориентироваться в портовых водах.<br />

При использовании АИС в сопряжении с электронной картографической системой и<br />

САРП, на экране отображается информация о цели. Символ встречного судна (треугольник)<br />

и метка истинного курса ориентированы по данным гирокомпаса. Вектор скорости, получаемый<br />

по данным систем навигации, может не совпадать с курсом судна (острым углом треугольника)<br />

при наличии дрейфа или сноса.<br />

При наведении на символ встречного судна маркера в дополнительном окне выдаются<br />

данные по судну, включающие название или позывной, координаты или пеленг и дистанция<br />

скорость, Д кр и Т кр , тип судна, его навигационный статус, данные о наличии опасного груза,<br />

порт назначения.<br />

Достоинства АИС при решении задач по предупреждению столкновений судов.<br />

1. Благодаря взаимному обмену координатами судов, определенными с высокой точностью,<br />

а также информацией о текущем курсе повышается точность определения параметров<br />

расхождения и, следовательно, эффективность расхождения судов в море.<br />

59


2. Принцип обмена информацией между судами по радиолинии передачи данных через<br />

транспондеры исключает возможность переброса маркеров сопровождаемых судов-целей<br />

(swopping) при их сближении, что имеет место при работе САРП. В результате обеспечивается<br />

устойчивое и надежное автосопровождение судов, расходящися на узких фарватерах<br />

или проходящих вблизи плавающих навигационных знаков.<br />

3. Благодаря взаимному обмену данными о гирокомпасном курсе практически в реальном<br />

времени, обеспечивается информация о направлении диаметральной плоскости судовцелей<br />

и их ракурсе, что способствует принятию правильного решения при расхождении. Маневр<br />

судна-цели легко обнаруживается как по изменению значения гирокомпасного курса,<br />

так и путем передачи значения скорости поворота, что позволяет устранить большие трудности,<br />

ранее возникавшие при использовании САРП.<br />

4. На работу АИС не влияют осадки и волнение моря, как это имеет место сейчас при<br />

использовании РЛС. Это обеспечивает возможность наблюдения за малым судном-целью в<br />

условиях сильного волнения моря.<br />

5. Предупреждению столкновений судов будет способствовать также взаимный обмен<br />

между участниками движения информацией о типе судна, его осадке, размерах и навигационных<br />

параметрах, а также о планируемых маневрах.<br />

Ограничения АИС.<br />

1. Эффективное использование АИС возможно только при полномасштабном оснащении<br />

всех судов транспондерами. До наступления такого состояния АИС должна оставаться<br />

дополнительным средством, используемым в САРП и ECDIS наряду с радиолокационной<br />

информацией.<br />

2. Нельзя рассматривать вопрос о будущей замене радиолокационных средств на АИС<br />

поскольку ее информация относится только к объектам, на которых установлены транспондеры,<br />

в то время, как радиолокатор позволяет наблюдать любые объекты, отражающие радиоволны<br />

(знаки навигационного ограждения, суда, береговую черту и др.).<br />

3. В соответствии с решением ИМО только глобально применяемая АИС может стать инструментом<br />

для предупреждения столкновений и мониторинга судов. Это означает, что внедрению<br />

на судах подлежит только то оборудование АИС, параметры которого жестко регламентированы<br />

на международной основе. В этом случае будет обеспечена совместимость оборудования,<br />

установленного на разных судах, и высокая эффективность его использования.<br />

- В период внедрения АИС (с 2002 по 2008 год) значительная часть судов не будет оборудована<br />

АИС. По окончанию периода внедрения определенные группы судов (рыболовные, местного<br />

плавания, маломерные, прогулочные и другие) также могут быть не оборудованы АИС;<br />

- Судовое оборудование АИС может быть выключено по распоряжению капитана судна,<br />

если использование АИС может отрицательно повлиять на безопасность судна. (Например,<br />

в районах, где возможна пиратская деятельность);<br />

- В районах с очень высокой интенсивностью судоходства возможно уменьшение реальной<br />

дальности действия АИС до 10 – 12 миль;<br />

- Сильные радиопомехи, например, во время грозы, могут вызвать кратковременные<br />

нарушения в работе АИС;<br />

- Достоверность и качество принятой информации частично может зависеть от датчиков,<br />

формирующих сообщения АИС, и от правильности ввода информации судоводителями<br />

на судах-целях (например, навигационный статус или маршрут движения).<br />

Для оценки качества обнаружения соседних судов с помощью рассматриваемых устройств,<br />

автором в работе были проведены во время преддипломной практики эксперименты по<br />

обнаружению местоположения соседних судов во время движения. При движении цели по<br />

АИС каждые 3 минуты снимались показания местоположения судна-цели. Оценка местоположения<br />

цели по РЛС делалась по тем же принципам. Показания снимались каждые 3 минуты с<br />

РЛС в одно и тоже время как и с АИС. При этом наше судно двигалось и цель двигалась.<br />

В связи с тем, что цель и приемник информации от цели двигались, то необходимо пересчитать<br />

полученные в эксперименте координаты на систему координат, где цель и судно<br />

60


будут неподвижны относительно друг друга. Для упрощения примем скорость цели и нашего<br />

судна прямолинейными и стационарными. Такое преобразование позволит нам построить<br />

эллипс погрешности местоопределения цели, относительно нашего судна.<br />

Находим формулу перевода судов к новой системе координат по широте:<br />

⎛V1<br />

V2<br />

⎞<br />

ϕ = ϕ 0<br />

− ⎜ + ⎟ ⋅ 0,05⋅<br />

cos( курс _ цели ⋅π<br />

/180)<br />

(1)<br />

⎝ 2 2 ⎠<br />

Формула перевода судов к новой системе координат по долготе:<br />

⎛V1<br />

V2<br />

⎞<br />

λ = λ0 − ⎜ + ⎟ ⋅0,05⋅sin( курс _ цели ⋅π<br />

/180⋅1,20426)<br />

(2)<br />

⎝ 2 2 ⎠<br />

Переводим градусы в минуты и секунды. Получили координаты цели. Числовые коэффициенты<br />

в формулах обусловлены неравномерностью распределения долгот по меридианам на<br />

мировой координатной сетке. Указанные коэффициенты находятся из следующих формул:<br />

Длина минуты дуги меридиана и параллели соответственно:<br />

2 ,<br />

,<br />

a(1<br />

− e ) arc acosϕarc1<br />

l = , p = (3)<br />

3<br />

1<br />

2 2 2<br />

2 2 2<br />

(1 − e Sin ϕ)<br />

(1 − e sin ϕ)<br />

На основании полученных значений находим эллипс погрешности определения целей<br />

обоими методами.<br />

Рис. 1. Эллипс погрешностей местоопределения цели РЛС и АИС<br />

Для построения эллипса погрешностей воспользуемся нижеприведенными формулами.<br />

Определение угла α эллипса:<br />

2rδ<br />

xδ<br />

y<br />

tg2α<br />

= (4)<br />

2 2<br />

δ<br />

x<br />

− δ<br />

y<br />

где δ<br />

x<br />

- рассеивание по долготе, δ<br />

y<br />

- рассеивание по широте Угол α получаем в радианах<br />

и переводим в градусы.<br />

Главные оси эллипса:<br />

δ<br />

y<br />

δ<br />

x<br />

a =<br />

, b =<br />

(5)<br />

0<br />

0<br />

cos(360 − a)<br />

cos(360 − a)<br />

Для того чтобы построить эллипс для навигационного использования необходимо помножить<br />

на коэффициент с, полученный из формулы:<br />

2<br />

c<br />

−<br />

2<br />

P= 1−e<br />

(6)<br />

где P = 0,95 (вероятность попадания истинного места для навигационного использования),<br />

с=2,44775.<br />

61


Из приведенных расчетов видно, что определение относительных координат цели с помощью<br />

АИС в разы точнее, чем с помощью РЛС, однако это не позволяет говорить об однозначном<br />

преимуществе данной системы. Несмотря на более высокую точность местоопределения<br />

целей с помощью АИС, данная система не может исключить использования радиолокационных<br />

станций на судах в силу того, что она не имеет возможности определения пассивных<br />

целей и береговой черты. Поэтому при использовании навигационного оборудования<br />

важным остается знание особенностей использования и ограничений всего функционала, который<br />

имеется в распоряжении штурмана.<br />

Литература<br />

1. Судовое оборудование универсальной автоматической информационной (идентификационной) системы<br />

(АИС). Временные технико-эксплуатационные требования. МФ-02-22/848-62. Государственная<br />

служба морского флота Министерства транспорта РФ. (Введены в действие с 15 марта 2002 г.).<br />

2. Автоматическая идентификационная система (АИС). Краткое описание. Информационный документ<br />

компании "Транзас". - СПб.,1999.<br />

3. Байрашевский А.М., Ничипоренко Н.Т. Судовые радио-локационные системы. - М.: Транспорт, 1982.<br />

- 316 с.<br />

4. Власов К.П., Власов П.К., Киселева А. А. Методы исследований и организация экспериментов. - Гуманитарный<br />

центр, 2002. - 258 с.<br />

5. Чернышев А.В. О поправках 2000 года к Международной Конвенции СОЛАС-74, содержащих новую<br />

редакцию главы V "Безопасность мореплавания". Российский Морской Регистр Судоходства. – СПб,<br />

2005.<br />

62


СЕКЦИЯ 2<br />

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ<br />

ОПРЕСНЕНИЕ МОРСКОЙ ВОДЫ МЕТОДОМ ВЫМОРАЖИВАНИЯ<br />

Акимов Сергей Сергеевич<br />

Дальневосточный государственный рыбохозяйственный технический университет,<br />

г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Угрюмова С.Д.<br />

sirina-elena@mail.ru<br />

Существует множество районов, испытывающих недостаток в пресной воде, особенно<br />

остро этот вопрос затрагивает большинство береговых предприятий. Вместе с тем ряд районов<br />

нашей страны располагает большими запасами подземных вод с общей минерализацией<br />

от 1 до 35 г/л, не используемых для нужд водоснабжения из-за неприемлемо высокого содержания<br />

растворенных солей. Эти воды, так же как и соленая морская вода могут стать источниками<br />

водоснабжения при условии их опреснения. Проектные проработки показывают,<br />

что подача пресной воды из естественного источника даже на расстояние до 300-400 км дешевле<br />

опреснения только для особо крупных водопотребителей.<br />

Оценка прогнозных эксплуатационных запасов солоноватых и соленых подземных вод<br />

в этих районах с учетом удаленности большинства из них от естественных пресноводных источников<br />

позволяет сделать вывод о том, что опреснение является для них единственно возможным<br />

способом водообеспечения. Наряду с этим во многих районах, чаще всего наиболее<br />

развитых в промышленном отношении, имеющиеся естественные пресноводные источники<br />

все более и более загрязняются промышленными и бытовыми стоками и становятся непригодными<br />

для хозяйственно-питьевого водоснабжения, появляются дамбы, плотины, уничтожается<br />

естественная среда обитания многих видов животного мира и растительности. Применяемые в<br />

технике опреснения соленых вод методы могут быть с успехом использованы для возвращения<br />

природе использованной воды, не ухудшающей состояния пресных водоемов.<br />

К настоящему времени в мировой практике определилось несколько основных методов<br />

опреснения воды: дистилляция, ионный обмен, электродиализ, вымораживание, гелиоопреснение<br />

и обратный осмос (гиперфильтрация). Многообразие методов объясняется тем, что ни<br />

один из них не может считаться универсальным, приемлемым для любых конкретных местных<br />

условий. Недостатками наиболее известных устройства являются сложность технического<br />

исполнения, необходимость использования больших площадей поверхности испарения<br />

и конденсации, а также высокая стоимость их изготовления. Одни являются слишком громоздкими<br />

и дорогостоящими, другие требуют слишком частого технического обслуживания.<br />

Особый интерес вызывает процесс опреснения морской воды вымораживанием, который<br />

может быть использован в рыбной и пищевой отраслях, промышленности и жилищнокоммунального<br />

хозяйства, в медицинской и химической промышленностях, а также в сельском<br />

хозяйстве и в строительстве, где требуется использование дистиллята, питьевой и технической<br />

воды. В последние годы этот метод стал интересен многим ученым и над ним<br />

много работают, следствием этого является появление новых изобретений. Техническим<br />

результатом этих новых изобретений является упрощение конструкции теплопередающих<br />

устройств, что приводит к удешевлению стоимости получаемого дистиллята и увеличению<br />

КПД опреснителя морской воды.<br />

Замораживание экономичный метод опреснения воды (замораживание с использованием<br />

естественного или искусственного холода) имеет: низкую удельную производительность,<br />

что требует больших капитальных затрат; зависит от сезонности и связан с необходимостью<br />

использования аккумулирующих емкостей; также зависит от погодных условий. Способ по-<br />

63


лучения пресной воды, основанный на замораживании, заключается в том, что морскую воду<br />

распыляют в вакуумных камерах. Техника вакуумного охлаждения, уже используемая в пищевой<br />

промышленности, позволяет охлаждать воду ниже температуры замерзания, в результате<br />

чего образуется смесь кристаллов льда в рассоле. После отделения льда его подвергают<br />

повторной перекристаллизации до тех пор, пока не будет достигнут необходимый уровень<br />

чистоты. На соленость льда оказывает влияние коэффициент замораживания. Так, при концентрации<br />

солей в исходной воде 3,5% минимальная соленость шуги достигается при 32%-<br />

ном замораживании раствора, а при солесодержании 1,5% при 36%-ном. Большая соленость<br />

шуги при малом коэффициенте замораживания объясняется малыми размерами кристаллов<br />

льда и сильной смачиваемостью их рассолом. Увеличение степени замораживания приводит<br />

к росту размеров и пористости кристалов, что понижает соленость шуги.<br />

Оценить эффективность различных методов опреснения соленых вод замораживанием<br />

можно с помощью термодинамического анализа процесса, позволяющего наиболее полно его<br />

описать и выявить основные параметры, влияющие на его совершенство. Степень совершенства<br />

установки определяется при проектировании опреснительных установок прямого и непрямого<br />

вымораживания сравнением действительных затрат с затратами обратимого процесса.<br />

Половину себестоимости опресненной воды составляют энергетические затраты опреснительных<br />

установок и в 10 - 15 раз превышают работу обратимого процесса обессоливания.<br />

Сравнивая наш метод с наиболее распространенным во всем мире способом получения<br />

дистиллята (многокорпусная выпарка) по термодинамическому совершенству процесса, то<br />

опреснение методом вымораживания однозначно выигрывает. Например, при контактном<br />

замораживании соленой воды изобутаном количество затраченной энергии равно 6,9<br />

кВт·ч/м 3 , термодинамическое совершенство процесса может быть оценено величиной<br />

=16%, в то же время при многокорпусной выпарке энергический КПД =7,2%.<br />

Нами разрабатывается экспериментальная установка, в основе которой заложен метод<br />

опреснения вымораживанием. Данная техническая установка позволит решить проблему водоснабжения<br />

при остром дефиците пресной воды.<br />

Литература<br />

1. Слесаренко В.Н. Современные методы опреснения морских и соленых вод. - М.: «Энергия», 1999.<br />

2. Якубовский Ю.В. Судовые опреснительные установки мгновенного вскипания. Учебное пособие. –<br />

Владивосток: изд. ДВПИ, 1988. - С. 8-23.<br />

РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА МОТОРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ<br />

САМОРЕГЕНЕРИРУЮЩЕГОСЯ ФИЛЬТРА ДЛЯ СИСТЕМ ТОПЛИВО<br />

И МАСЛООЧИСТКИ СУДОВ<br />

Галстян Гарик Гагикович, Варфоломеев Александр Олегович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />

Развитие судостроения характеризуется строительством специализированных судов с<br />

классом автоматизации А1 (А2), использующих в качестве СЭУ дизельный привод. Отсутствие<br />

отечественной конструкции саморегулирующегося фильтра (СРФ), сочетающего высокий<br />

ресурс необслуживаемой работы с эффективной очисткой, тормозит перевооружение<br />

смазочных систем современных автоматизированных дизелей и перевод их на безвахтенное<br />

обслуживание.<br />

В Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского разработан СРФ<br />

высокой автономности, способный работать в смазочной системе ДВС в течение 2 – 5 тыс. ч<br />

64


без вскрытия для проведения профилактических работ и замены поврежденных фильтрующих<br />

элементов (ФЭ), их химической чистки. Очиститель компактен, надежен в работе, может<br />

фильтровать до 240 м 3 /ч моторного масла. В смазочной системе дизеля он устанавливается<br />

на полном потоке и может защищать его пары трения от опасных абразивных частиц,<br />

диаметр которых превышает 15 мкм.<br />

Разработка СРФ осуществлялась на основе моделирования процесса промывки ФЕ<br />

фильтруемой жидкостью. Были исследованы основные факторы, влияющие на данный процесс<br />

и предложены методы управления регенерацией. Интенсификация автоматической промывки<br />

ФЭ от отложений достигалась:<br />

– турбулизацией промывного потока, повышением его скорости генерацией пульсаций<br />

(гидроударов);<br />

– промывкой ФЭ двухфазным потоком с обеспечением пробкового режима течения газожидкостной<br />

смеси;<br />

– введением в промывной поток комплексов, мономолекулярных соединений, твердой<br />

фазы с особыми свойствами;<br />

– применением для промывки ФЭ магнитных жидкостей на углеводородной основе.<br />

Разработка СРФ с высокими эффективностью очистки и регенерируемостью потребовала<br />

создание прочных фильтровальных материалов (ФМ) нового поколения – тканых металлических<br />

сеток полотняного переплетения оптимизированной структуры. Высокие функциональные<br />

свойства ФМ достигались расположением проволок утка вплотную и регулированием<br />

(оптимизацией) геометрии сеток выбором наиболее рациональных диаметров проволок<br />

утка и основы, шага основы. Моделирование фильтровальных сеток (ФС) позволило выделить<br />

показатели геометрии и структуры, определяющие их эксплуатационные свойства. От<br />

формы внутренних поровых каналов сеток зависит их пропускная способность, регенерируемость<br />

и грязеемкость. Результаты моделирования позволили сформулировать принципы<br />

повышения задерживающей способности, гидравлических свойств, регенерируемости и грязеемкости<br />

ФС полотняного переплетения. В докладе приводится сравнение ФМ различных<br />

типов по рассматриваемым показателям, что позволило выделить неоспоримые преимущества<br />

разработанных ФС.<br />

Наиболее перспективной конструкцией ФЭ для СРФ оказался элемент высокой жесткости в<br />

форме свечи. Достигалось это применением стержней из легированной стали, заваренных в бобышки,<br />

стянутых проволокой в форме пружины с приваркой витков. Коэффициент живого сечения<br />

опорного каркаса составлял 0,7 – 0,8, причем шаг повивки проволоки для улучшения гидродинамики<br />

и полного использования ФЭ по высоте был переменен. На опорный каркас с натягом<br />

одевался фильтровальный мешок из ФС и закреплялся специальными обжимными кольцами.<br />

Регенерация ФЭ осуществляется обратной промывкой их фильтруемой жидкостью. Для<br />

функционирования СРФ не требуется дополнительного подвода энергии. Он работает, используя<br />

энергию давления смазочной системы. Автоматическое управление работой фильтра<br />

на очистителе отсутствует, т.е. очиститель функционирует с постоянно включенной системой<br />

регенерации ФЭ.<br />

Достоинством СРФ является полная унификация его конструкции, что достигается модульным<br />

принципом его комплектации, когда необходимая пропускная способность достигается<br />

увеличением числа последовательно или параллельно соединенных модулей. При последовательном<br />

соединении модулей полости грязного и отфильтрованного масла у них становятся<br />

общими, что позволяет гидропривод распределительного устройства оставлять только<br />

у одной секции. Как при последовательном, так и при параллельном соединении модулей<br />

их ФЭ работают автономно, т.е. относительно потока фильтруемого масла они подключены<br />

параллельно.<br />

При комплектации СРФ используется унифицированный модуль (рисунок 1). Корпус 5<br />

каждого модуля выполнен прямоугольной формы. Его средняя часть разделена продольными<br />

и поперечными перегородками на фильтровальные камеры, на которых установлены трубные<br />

доски 4 с ФЭ 3. Трубные доски образуют перегородку, делящую корпус на полости<br />

65


очищенной и неочищенной жидкости, а каждая трубная доска с ФЭ – модульный узел в модуле<br />

фильтра.<br />

В нижней части корпуса установлен пустотелый цилиндр с окнами 2, которые сообщают<br />

его внутреннюю полость с каждой камерой. Внутри цилиндра соосно ему установлено<br />

(по числу рядов камер) с возможностью вращения распределительное (регенерирующее)<br />

устройство 1 с отводной трубой и патрубками, торцевые поверхности которых сопряжены с<br />

внутренней поверхностью цилиндра. Отводная труба через выходное отверстие корпуса сообщается<br />

с атмосферой (зоной низкого давления). Кроме того, корпус каждого модуля имеет<br />

отверстия для подачи грязной и отвода отфильтрованной жидкости.<br />

Патрубки распределителя через окна в цилиндре сообщают его внутреннюю полость с<br />

фильтровальными камерами. Распределительное устройство приводится во вращение гидроприводом<br />

через шестеренную передачу. Поступательное движение поршня сервомотора, перемещаемого<br />

под действием давления фильтруемой жидкости, через муфту передается во<br />

вращательное ведущей шестерне. Подачей жидкости в сервомотор и удалением ее из подпоршневых<br />

полостей управляет золотник.<br />

Модуль работает следующим образом. Фильтруемое масло через отверстие в корпусе<br />

поступает в нижнюю его полость, ограниченную внутренней поверхностью цилиндра. Далее<br />

через окна 2 цилиндра она направляется в фильтровальные камеры, проходит через ФЭ,<br />

очищается и попадает в полость отфильтрованного масла. Далее оно через верхнее отверстие<br />

в корпусе поступает к потребителю.<br />

При перекрытии патрубком распределителя входного отверстия фильтровальной камеры<br />

(см. рисунок 1) она выводится из процесса фильтрования. Камера через отводную трубу<br />

соединяется с областью низкого давления (атмосферой). Вследствие перепада давления между<br />

полостью очищенной жидкости и областью низкого давления образуется обратный поток<br />

жидкости. При прохождении через ФЭ в направлении, обратном процессу фильтрования, он<br />

смывает осевшие на наружной поверхности элемента частицы загрязнения и удаляет их че-<br />

66<br />

Рис. 1. Базовая модель унифицированного фильтра СРФ-60 с гидравлическим<br />

приводом распределительного устройства: 1 – распределитель; 2 – окна; 3 –<br />

ФЭ; 4 – доска; 5 – корпус; 6 – гидропривод.


рез отводную трубку в грязевую емкость.<br />

Процесс регенерации ФЭ в перекрытой камере длится пока поршень сервомотора перемещается<br />

в цилиндре гидропривода вправо. При перемещении влево он через муфту входит<br />

в зацепление с ведущей шестерней и при помощи специального устройства поворачивает ее,<br />

перемещая через шестеренную передачу патрубок распределителя к следующей камере. Как<br />

только башмак патрубка распределителя откроет ранее перекрываемую им фильтровальную<br />

камеру в ней возобновляется процесс фильтрования.<br />

Для очистки промывного масла можно использовать фильтр-грязесборник ими центрифугу<br />

с реактивным приводом. Эти агрегаты, кроме грязеудаления, создают дополнительное<br />

сопротивление потоку промывного масла и не допускают значительного падения давления в<br />

системе смазки.<br />

Авторами предложена оригинальная система очистки моторного масла в дизелях с полнопоточной<br />

его очисткой СРФ (рисунок 2). Новизна включения фильтра в смазочную систему<br />

дизеля состоит с дополнительной очистке масла центрифугой с реактивным приводом.<br />

При этом для повышения эффективности работы центрифуги очистке подвергают промывное<br />

масло, в котором загрязнения скоагулированы. Чтобы повысить эффективность регенерации<br />

ФЭ фильтра, используют центрифугу с напорным сливом, которая имеет низкое гидравлическое<br />

сопротивление и позволяет увеличить скорость промывного потока при смыве<br />

отложений с ФЭ. Фактор разделения центрифуги повышают автономной подачей масла на<br />

гидравлический (реактивный) привод ее ротора. Для этой цели забор масла на привод ротора<br />

центрифуги осуществляют от точки смазочной системы, где давление высоко.<br />

Возможности СРФ в повышении эффективности очистки моторного масла показаны на<br />

примере дизеля Vasa-32 (6ЧН 32/35) (таблица). Подключение СРФ-60 и центрифуги с напорным<br />

сливом МЦН-7НС осуществлялось по схеме, изображенной на рисунке 2. В качестве<br />

базы сравнения использовалась штатная система очистки моторного масла дизеля Vasa-32,<br />

включающая полнопоточный фильтр тонкой очистки масла (ФТОМП) с ФЭ Н-20 поверхностного<br />

типа, фильтровальная штора которых в форме многолучевой звезды сгофрирована из<br />

специального нетканого материала с тонкостью отсева 40 мкм.<br />

Моторные испытания маслоочистителей проводили на масле М-14-Д 2 (цл 30) (ГОСТ<br />

12337-84). Дизель работал на мазуте топочном 40, IV вида с содержанием серы до 2 %<br />

(ГОСТ 10585-99). Угар масла составлял 1,6–1,74 г/(кВт⋅ч). Чистку ротора центрифуги от отложений<br />

осуществляли через 250 ч работы.<br />

5 6<br />

4<br />

7<br />

3<br />

2<br />

1<br />

8<br />

Рис. 2. Перспективная КСТОМ для среднеоборотного дизеля: 1 – картер; 2 –<br />

заборник; 3 – перепускной клапан; 4 – насос; 5 – фильтр СРФ-60; 6 – центрифуга<br />

МЦН-6НС; 7 – холодильник; 8 – распределительная магистраль<br />

67


Сравнение результатов моторных испытаний маслоочистителей показало преимущество<br />

комбинированной системы тонкой очистки масла (КСТОМ) с использованием СРФ-60 и<br />

МЦН-7НС. По сравнению со штатной системой интенсивность очистки масла от нерастворимых<br />

продуктов (НРП) при ее использовании возросла в 9–12 (см. таблицу). При этом доминирующую<br />

роль в улучшении этого показателя показала центрифуга.<br />

Таблица 1<br />

Результаты эксплуатационных испытаний маслоочистителей в дизеле Vasa-32<br />

Показатель<br />

Состояние масла к 2000 ч работы<br />

Концентрация НРП, %:<br />

общих<br />

зольных<br />

Средства очистки ММ<br />

СРФ-60+<br />

ФТОМП<br />

+МЦН-7НС<br />

2,6±0,4<br />

0,65±0,1<br />

1,4±0,2<br />

0,28±0,03<br />

Щелочность, мгКОН/г 8,9±0,9 12,7±1,2<br />

Степень окисления, % 12,6±1,6 8,5±0,8<br />

Содержание смол, % 7,2±0,06 6,1±0,05<br />

Работа МО<br />

Интенсивность очистки масла от НРП, г/ч:<br />

общих<br />

зольных<br />

Состояние дизеля<br />

Скорость изнашивания деталей ДВС:<br />

комплект поршневых колец, г/1000 ч<br />

цилиндровая втулка, мкм/1000 ч<br />

вкладыши подшипников, г/1000 ч<br />

290±40<br />

170±20<br />

9,2±1,2<br />

37±6<br />

9±1<br />

3270±250<br />

1830±160<br />

5,6±0,6<br />

23±4<br />

7±0,8<br />

Нагаро- и лакообразование<br />

(общая оценка), балл 26,8±3,5 15,4±2,1<br />

Она взяла основную грязевую нагрузку на себя и облегчила работу СРФ-60. Поэтому<br />

перепад давления на этом фильтре за 2 тыс. ч работы практически не изменялся. В то же<br />

время ФЭ типа Н-20 за этот период пришлось сменить трижды.<br />

Кинетика накопления общих НРП в моторном масле в обоих случаях проходила по экспоненте<br />

со стабилизацией на уровне 2,6 % при использовании ФТОМП и 1,4 % – при комбинации<br />

СРФ-60 и МЦН-7НС (см. таблицу). По зольным продуктам эффект от дополнительного<br />

центрифугирования масла был еще выше. Максимальная концентрация нерастворимых примесей<br />

поддерживалась соответственно на уровне 0,65 и 0,28 %. Загрязнение масла НРП (ГОСТ<br />

20684-75) при штатной системе очистки было в 1,8 – 2,3 раза более высоким, чем при очистке<br />

его КСТОМ.<br />

Эффективное удаление из масла центрифугой продуктов износа, срабатывания присадок<br />

и окисления углеводородов тормозит его старение. Щелочность масла к концу этапа испытаний<br />

при комбинированной его очистке падала до 12,7 мг КОН/г. В то время как при работе<br />

со штатным маслоочистителем этот показатель соответствовал 8,6 мг КОН/г. Глубокая<br />

очистка масла центрифугой от катализаторов окисления снижает в 1,48 раз глубину его старения,<br />

на что указывает концентрация в нем карбонилсодержащих продуктов: 12,6 % при<br />

штатной очистке и 8,5 % – при использовании опытной системы.<br />

Анализ износных характеристик дизеля показывает, что его пары трения очень чувствительны<br />

к состоянию масла. Торможение старения при комбинированной очистке масла<br />

68


привело к снижению скорости изнашивания деталей двигателя. Особенно хорошо это прослеживается<br />

по поршневым кольцам, прежде всего маслосъемным. Скорость изнашивания<br />

их уменьшилась в 1,4–2,3 раза. Менее чувствительны к качеству очистки масла мотылевые<br />

шейки коленчатого вала и вкладыши подшипников. Их износ при использовании комбинированной<br />

системы очистки масла уменьшился всего на 28–47 %, что указывает на надежную<br />

защиту этих пар трения от опасных частиц загрязнения масла как ФТОМП, так и СРФ.<br />

На нагаро- и лакообразование дизеля влияние комбинированной очистки отразилось в<br />

меньшей степени. Состояние поршней по этому показателю улучшилось с 12,6 до 8,5 балла.<br />

Закоксованных колец не наблюдалось, что указывает на высокий запас моющедиспергирующих<br />

свойств масла М-14-Д 2 (цл30). Влияние системы очистки масла на углеродистые<br />

отложения в картере и полостях охлаждения масляных холодильников за этап испытаний<br />

в 2000 ч обнаружить не удалось.<br />

Выводы:<br />

1. Разработан базовый модуль саморегенерирующегося фильтра с высокими эффективностью<br />

очистки и регенерацией, на основе которого могут создаваться компактные маслоочистители<br />

малой массы и габаритов с пропускной способностью 30 – 240 м 3 /ч. Регенерация<br />

ФЭ осуществляется обратным потоком фильтруемой жидкости. Для функционирования СРФ<br />

не требуется дополнительного подвода энергии, очиститель работает в режиме непрерывной<br />

регенерации ФЭ, поэтому не требует автоматического управления.<br />

2. Для дизелей с высокой прокачкой масла предложена система его очистки с саморегенерирующимся<br />

фильтром и центрифугой. Особенностью этой комбинированной системы<br />

является подключение центрифуги для очистки промывного масла СРФ, дисперсная фаза загрязнений<br />

которого укрупнена и легко отфуговывается. Для повышения регенерирующей<br />

способности фильтра путем снижения гидравлического сопротивления центрифуги и увеличения<br />

скорости промывного потока она выполнена с напорным сливом и имеет автономный<br />

подвод масла на гидропривод ротора от места в смазочной системе, где давление жидкости<br />

самое высокое.<br />

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ УГАРА МОТОРНОГО<br />

МАСЛА В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ<br />

Гаук Георгий Александрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />

Снижение эксплуатационного расхода моторного масла (ММ) в двигателях внутреннего<br />

сгорания (ДВС) следует считать перспективным решением части общей проблемы экономии<br />

топливно-энергетических ресурсов на флоте. Проведенный анализ угара ММ в судовых<br />

ДВС показал, что значительное влияние на него оказывают конструктивные, технологические<br />

и эксплуатационные факторы: конструкция поршневых колец и поршня, величина зазоров<br />

в сопряжениях деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), степень приработки и материалы<br />

деталей движения, параметры системы смазки (СС) и рабочего процесса, конструкция<br />

клапанного механизма и уплотнений турбокомпрессора.<br />

Расход масла на испарение в большой степени зависит от толщины масляной пленки.<br />

Последняя во многом определяется упругостью, конструкцией и числом маслосъемных колец.<br />

Наибольшего успеха в снижении расхода масла на угар достигли при оптимизации комплекта<br />

поршневых колец за счет уменьшения их количества и повышения маслосъемного<br />

действия. Исследованы маслосъемные свойства торсионных (скручивающихся), минутных (с<br />

конической боковой поверхностью) и коробчатых с экспандером колец (см. рис. 1).<br />

69


В целом ряде работ убедительно показано, что посредством совершенствования этих<br />

деталей можно получить весьма ощутимые результаты [1]. В целях снижения расхода масла<br />

на угар были разработаны и испытаны маслосъемные кольца коробчатого и скребкового типов<br />

различной упругости. Повышение упругости маслосъемного кольца достигалось за счет<br />

применения специальных расширителей (пружинных и пластинчатых). Упругость колец замерялась<br />

согласно ГОСТ 7295 – 76, в результате чего определялось среднее давление кольца<br />

на стенку цилиндра р. Сжатие кольца осуществлялось с помощью стальной проволоки. Исследование<br />

влияния упругости маслосъемных колец на расход масла и срок его службы проводилось<br />

на дизель – генераторе 8 кВт (дизель 2Ч 9,5/10) при работе на топливе по ГОСТ 305<br />

– 73 и масле М-10В 2 по ТУ 38-101-278-72 наследующих режимах нагрузки: холостой ход, 25,<br />

50, 75, 100, 110 %. Работа на режиме 110 % нагрузки проводилась в течение 1 ч после 9 ч работы<br />

на режиме 100 %. Долив масла в картер дизеля, осуществлялся через каждые 25 ч, а<br />

пробы масла на физико-химический анализ отбирались через 100 ч.<br />

В процессе проведения исследований были испытаны следующие варианты:<br />

1. Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пружинным расширителем; р = 0,589 МПа,<br />

продолжительность испытания – 800 ч.<br />

2. Маслосъемное кольцо коробчатого типа без расширителя (исходный вариант). Среднее<br />

давление кольца на стенку цилиндра р = 0,206 МПа, продолжительность испытания – 500 ч.<br />

3. Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой канавке) с пластинчатым<br />

расширителем; р = 0,550 МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />

4. Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой канавке) без расширителя;<br />

р = 0,275 МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />

5. Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пластинчатым расширителем; р = 0,569<br />

МПа, продолжительность испытания – 100 ч.<br />

Результаты сравнительных испытаний первых двух вариантов представлены в таблице<br />

1. Как видно, при работе дизель – генератора с маслосъемными кольцами коробчатого типа<br />

без расширителя расход масла на угар возрастал от этапа к этапу и через 500 ч составил 8,2<br />

г/(кВт⋅ч) против 4,21 г/(кВт⋅ч) в начале испытаний.<br />

Применение пружинного расширителя улучшает и физико-химические свойства масла:<br />

снижается скорость поступления загрязнений в масло в семь раз (табл. 1); уменьшается количество<br />

нерастворимых примесей в два раза; вязкость масла υ остается на прежнем уровне; сокращается<br />

количество отложений на средствах очистки масла в два раза, а коэффициент фильтрации<br />

(общий) уменьшается более чем в 1,6 раз (однако это не означает ухудшения очистки масла,<br />

а является лишь следствием низкой скорости загрязнения его).<br />

Результаты спектрального анализа показали, что скорость изнашивания деталей дизеля<br />

при его работе с маслосъемными кольцами повышенной упругости снижается в два – три<br />

раза (табл. 1).<br />

После 500 ч начинается более интенсивное срабатывание присадки: резко снижается<br />

щелочное число, а также происходит накопление в масле органических и сильных кислот<br />

(растет кислотное число и снижается потенциал, характеризующий активность кислых продуктов).<br />

Это может привести к повышенным лакообразованиям, что и было замечено после<br />

800 ч работы дизеля: частично забиты дренажные отверстия на поршне.<br />

По окончании 800 ч испытаний были произведены обмеры деталей ЦПГ. По результатам<br />

замеров значительных износов не установлено:<br />

– зазор в замке колец возрос на 5 мм, что не превышает увеличения зазора в замке поршневых<br />

колец серийных дизелей за 1000 ч работы (0,5 ÷ 1 мм);<br />

– износа гильз цилиндров не наблюдалось;<br />

– износ поршневых канавок маслосъемного кольца первого цилиндра и третьего компрессионного<br />

кольца второго цилиндра составил по 0,1 мм (износ других канавок не наблюдался).<br />

70


Параметры<br />

Скорость поступления загрязнения,<br />

г/(кВт⋅ч)<br />

Количество отложений на средствах<br />

очистки, кг:<br />

на центрифуге,<br />

на фильтре тонкой очистки<br />

Коэффициент очистки, %:<br />

общий,<br />

центрифуги,<br />

фильтра тонкой очистки.<br />

Результаты испытаний маслосъемных колец<br />

Таблица 1<br />

Показатели<br />

без расширителя (500 ч) с расширителем (800 ч)<br />

0,299 0,0408<br />

0,420<br />

0,180<br />

50<br />

39,5<br />

10,5<br />

0,190<br />

0,090<br />

30,6<br />

22,7<br />

7,5<br />

После завершения исследований первых двух вариантов на дизель – генераторе были испытаны<br />

маслосъемные кольца коробчатого и скребкового типов с пружинными и пластинчатыми<br />

расширителями. Продолжительность испытаний на каждом этапе составляла 100 ч.<br />

Оценка физико-химических свойств масла не проводилась. Определялся лишь только удельный<br />

расход масла на угар (табл. 2). Как видно, минимальный удельный расход масла на угар<br />

достигается при работе при работе дизель – генератора с маслосъемными кольцами коробчатого<br />

типа и пружинными расширителями (1,1 г/(кВт⋅ч)). Применение пластинчатого расширителя<br />

по сравнению с пружинным приводит к возрастанию величины g у с 1,1 до 2,3 г/(кВт⋅ч) Не<br />

дает никакого эффекта и замена одного маслосъемного кольца коробчатого типа двумя скребковыми<br />

в одной поршневой канавке (расход масла на угар 5,7 и 6 г/(кВт⋅ч)).<br />

Из вышеприведенного следует что наиболее эффективным средством снижения удельного<br />

расхода масла на угар g у в дизелях Ч 9,5/10 является применение маслосъемного кольца коробчатого<br />

типа с пружинным расширителем, что позволяет снизить величину g у с 5,7 до 1,1<br />

г/(кВт⋅ч), т. е. почти в пять раз. При этом среднее давление кольца на стенку цилиндра возросло<br />

с 0,206 до 0,589 МПа. Данное увеличение давления, осуществляемое путем установки пружинного<br />

расширителя, улучшает и физико-химические свойства масла: в семь раз снижается<br />

скорость поступления загрязнений в масло; в два раза уменьшается количество отложений на<br />

средствах очистки масла; в два раза сокращается содержание нерастворимых в бензине примесей.<br />

Замена на дизелях Ч 9,5/10 маслосъемных колец коробчатого типа на скребковые и пружинных<br />

расширителей на пластинчатые не дает положительного эффекта.<br />

Проведенный анализ влияния различных конструктивных факторов на угар масла убедительно<br />

показывает, что величина g у должна существенно определяться техническим состоянием<br />

деталей ЦПГ. На самом деле, от износа этих деталей зависит упругость и величина<br />

стыкового зазора, зазор между поршневыми кольцами и канавками, зазор между поршнем и<br />

втулкой и т. д. А эти величины, как было показано выше, значительно влияют на угар масла.<br />

71


Средние величины расхода масла на угар<br />

при использовании различных типов маслосъемных колец<br />

Исследуемый вариант<br />

Продолжительность<br />

этапа, ч<br />

Таблица 2<br />

Средний удельный<br />

расход масла<br />

на угар за 10 ч<br />

работы, г/(кВт⋅ч)<br />

Маслосъемные кольца коробчатого типа без расширителей 500 5,7<br />

Маслосъемные кольца коробчатого типа с пружинными расширителями<br />

800 1,1<br />

Маслосъемные кольца коробчатого типа с пластинчатыми расширителями<br />

100 2,3<br />

Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой<br />

канавке) без расширителя<br />

100 6<br />

Два маслосъемных кольца скребкового типа (в одной поршневой<br />

канавке) с пластинчатым расширителем<br />

100 5,3<br />

Метод сокращения угара масла посредством уменьшения толщины масленой пленки<br />

имеет ограничение. Так, при достижении определенных минимальных значений заметно<br />

ухудшается работа трущихся поверхностей, что вызывает падение мощности двигателя и усиленных<br />

износ деталей ЦПГ. Поэтому необходимо лимитировать величины удельных давлений<br />

колец значениями 0,8 – 1,5 МПа при ширине кромок коробчатых маслосъемных колец<br />

0,5 – 1,2 мм. Для уменьшения изнашивания маслосъемных колец с высоким средним давлением<br />

кольца на стенку цилиндра применение модификаторов трения (МТ). Поэтому для работы<br />

дизеля c низкими величинами угара (g у < 1 г/(кВт⋅ч)) и высокими значениями удельного давления<br />

маслосъемных колец использование МТ желательно. Это позволяет уменьшить скорость<br />

изнашивания маслосъемных колец в 2 – 3 раза и способствует стабилизации угара ММ<br />

в течении продолжительного срока на низком уровне.<br />

Литература:<br />

1. Перминов Б. Н. Научно-технические основы эффективного маслоиспользования в судовых тронковых<br />

дизелях: Монография. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2005. – 378 с.<br />

2. Фомченков, А. И Исследование влияния упругости маслосъемных колец на расход масла на угар и срок<br />

его службы / А. И. Фомченков, Л. А. Моисейченко, В. А. Корнилов // Двигателестроение. – 1980. – №7.<br />

– С. 21–22.<br />

73


74<br />

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОСОБЕННОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ<br />

ТЕПЛОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ<br />

НА ОПРЕСНИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ<br />

Дрозд Михаил Сергеевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Слесаренко В.Н.<br />

С возрастанием энергетической мощности ДВС независимо от достигнутых высоких<br />

значений их кпд (более 50%), полученных существенной интенсификацией рабочего процесса<br />

и совершенствованием конструкции двигателей сохраняется значительный избыток тепловой<br />

энергии, который не находит полного использования в замкнутой тепловой схеме дизельной<br />

установки. Потому оценка эффективности СЭУ, в которой главным элементом является<br />

ДВС, по величине его кпд не вполне оправдана. Так как при этом не учитываются потери<br />

теплоты такими элементами СЭУ как вспомогательный и утилизационный котлы, опреснительная<br />

установка, теплообменные аппараты различного назначения, обеспечивающие работу<br />

главного двигателя и ряда другого вспомогательного оборудования. Тенденция, наблюдаемая<br />

в дизелестроении, направленная на достижение максимальных значений кпд двигателя<br />

является весьма односторонней.<br />

В то время как с совершенствованием всего энергетического комплекса общая экономическая<br />

эффективность СЭУ резко возрастает, что скажется на более рациональном расходе<br />

топлива.<br />

К такому направлению, связанному с решением этой задачи следует отнести разработку<br />

комплексных схем утилизации теплоты уходящих газов и охлаждающей воды главного<br />

двигателя и других низкопотенциальных источников теплоты, теряемых в настоящее время<br />

тепловой схемой судовой энергетической установки.<br />

Следует отметить, что анализу тепловой эффективности и рассмотрению термодинамического<br />

совершенства тепловой схемы СЭУ и взаимодействию обслуживающих элементов<br />

с точки зрения наиболее полного потребления избытков теплоты посвящено ограниченное<br />

количество исследований. При этом не проведено сравнений эффективности предлагаемых<br />

схем утилизации, отсутствует рассмотрение таких схем применительно к судам различного<br />

назначения (транспортные, рыбодобывающие, танкерный флот).<br />

При сравнении эффективности отсутствует единый показатель, по величине которого<br />

можно судить о наибольшей целесообразности использования утилизационной схемы для<br />

судов данного назначения.<br />

Анализ большинства схем произведён без теоретической взаимосвязи отдельных элементов,<br />

входящих в её состав, на основе единого материального баланса, как наиболее полно<br />

способного судить о правильном распределении потоков теплоты, отбираемого от двигателя.<br />

Оценка процесса утилизации по величине энергетических потерь является одним из подходов<br />

к решению задачи рациональной утилизационной системы, потребления теплоты вспомогательными<br />

механизмами СЭУ, но требует, по моему мнению, дополнительного рассмотрения<br />

этой задачи на принципе теоретического рассмотрения тепловой системы «двигатель –<br />

вспомогательные потребители сбрасываемой теплоты».<br />

Одним из элементов потребляющих бросовую теплоту двигателя, является опреснительная<br />

установка. В технологии опреснения морской воды находят применение различные<br />

конструкции теплообменных аппаратов, отличающихся, прежде всего, взаимодействием воды<br />

с поверхностью нагрева, которое зависит от типа установки (с погруженной поверхностью,<br />

с парообразованием в тонкой плёнке). Каждый из этих теплообменников оснащён<br />

греющим элементом, форма поверхности которого выполнена из труб, пластин или других<br />

рекомендаций.<br />

При использовании опреснительной установки в схемах утилизации теплоты судового<br />

двигателя внутреннего сгорания может быть установлен любой тип теплообменного аппара-


та независимо от реализованной в нем поверхности нагрева. Однако с тем чтобы обеспечить<br />

максимальное потребление утилизируемой теплоты такой аппарат должен характеризоваться<br />

наиболее высокой интенсивностью теплообмена.<br />

Стремление создать установки, опресняющие морскую воду на использовании низкопотенциальной<br />

теплоты, при которой снижается выпадение накипи на поверхностях нагрева,<br />

с высокой интенсивностью рабочего процесса, когда можно получить хорошие коэффициенты<br />

относительной выработки, при этом обеспечить приемлемые габариты установки, привело<br />

к появлению в технике опреснения нового метода термического выпаривания исходной<br />

воды в виде тонкой плёнки, подаваемой на поверхность нагрева. Этот метод позволил реализовать<br />

новую тепловую схему опреснительной установки с теплообменниками тонкоплёночного<br />

типа. В настоящее время в эксплуатации находятся несколько разновидностей опреснительных<br />

установок тонкоплёночного типа. Они состоят из длиннотрубных и короткотрубных<br />

испарителей с гравитационным свободным стеканием плёнок по внутренней поверхности<br />

греющих труб. Внутри труб размещаются специальные насадки, создающие щелевой проход<br />

для жидкости. Такой теплообменный аппарат формирует плёнку опресняемой воды на поверхности<br />

нагрева, имеющей как вертикальную, так и горизонтальную ориентацию.<br />

По составу схема вертикально-плёночной установки (рис. 1) не отличается от других<br />

схем тонкоплёночных опреснителей, но их отличительной особенностью является наличие<br />

перекачивающих насосов между ступенями, а также в некоторых конструкциях вертикальное<br />

расположение ступеней, для уменьшения первых. В таких опреснителях движение плёнки<br />

реализуется как нисходящий, так и восходящий потоки. Вода поступает в трубки через щелевые<br />

каналы, создаваемые специально встроенными насадками.<br />

Расчёты экономической эффективности установок с вертикальными плёночными испарителями<br />

доказывают их преимущество перед установками мгновенного вскипания. Однако<br />

в судовых условиях устойчивость движения плёнки без разрыва и захлёбывания трудно<br />

обеспечить и поэтому этот недостаток можно исключить организацией струйно-ударного режима<br />

подачей морской воды внутрь трубок при помощи встроенного в них оросителя (рис. 2).<br />

Рис. 1. Вертикальная компоновка ступеней<br />

тонкоплёночной установки: 1 -<br />

пара ступеней; 2 - конденсатор; 3 -<br />

сопло; 4 - сепаратор пара; 5 - поддон<br />

для сбора дистиллята; 6 - разделительный<br />

лист.<br />

Рис. 2. Испаритель струйно-ударного плёночного<br />

типа: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 -<br />

распределитель; 4 - трубная доска оросителя;<br />

5 - трубная доска поверхности нагрева;<br />

6 - поверхность нагрева; 7 - оросители;8 -<br />

компенсатор; 9 - центрующие планки.<br />

Большое преимущество перед предыдущим имеет горизонтально-плёночный способ<br />

организации течения плёнки по поверхности нагрева, конструктивное исполнение которого<br />

75


значительно проще, а теплофизические показатели выше. В случае опреснитель представляет<br />

собой горизонтально-трубный теплообменник, на поверхности которого подается опресняемая<br />

вода, омывающая их с наружи. По трубкам движется теплоноситель, нагревающий плёнку<br />

с получением вторичного пара.<br />

При горизонтальной поверхности нагрева воду падают соплами или оросителями.<br />

Возможно, организовать плёночный режим течения при введении внутри трубок оросителей<br />

с перфорацией по длине (рис. 3), диаметр которого меньше диаметра трубки теплообменника<br />

с длиной, равной её длине. Одной из возможных форм организации такого режима движения<br />

в установках небольшой производительности является раскрутка жидкости при помощи роторов,<br />

разгоняющих воду тонким слоем по поверхности нагрева.<br />

Рис.3. Плёночный испаритель с гофрированной поверхностью нагрева:<br />

1 – корпус; 2 – листы; 3 – гофр листа; 4 – отверстие; 5 – камера исходной воды; 6 –<br />

рассольный щит; 7 – щелевой ороситель; 8 – греющий пар; 9 – каналы для выхода<br />

вторичного пара; 10 – паровая камера; 11 – сепаратор; 12 – рассольная камера.<br />

С целью повышения производительности, эффективности и компактности схемы предлагается<br />

опреснитель, в одном корпусе которого располагаются горизонтально - и вертикально-плёночные<br />

ступени (рис. 4). Такое решение позволяет выполнить установку в одном<br />

агрегате, что имеет большое значение в судовых условиях. Протекание процесса при такой<br />

компоновке понижает температурный напор, устраняет накипеобразование на поверхности<br />

горизонтального пучка из-за омывания его вторичным паром, улучшает сепарацию пара<br />

промывкой струями распыливаемой жидкости.<br />

Сокращение расходов теплоты на процесс термической дистилляции позволяет включение<br />

в схему опреснителя компрессионной установки (рис. 5), которая отбирает вторичный<br />

пар и подвергает его дополнительному сжатию при помощи механического или парового<br />

компрессора. Конструктивное совершенство устройств, достигнутое в современных опреснителях,<br />

с помощью которых вторичный пар подвергается сжатию, а затем используется как<br />

теплоноситель и нагревает морскую воду за счёт повышения его температуры в процессе<br />

сжатия, расширило возможности применения такого периодического цикла при опреснении<br />

воды.<br />

76


Рис. 4. Вертикально-горизонтальный плёночный опреснитель:<br />

1 - корпус; 2 - корпус; 3 - сепаратор; 4 - отбойник; 5 - ороситель; 6,7 - горизонтальная<br />

и вертикальная ступени; 8 - вестовые трубок; 9 - сборник рассола; 10 - охладитель.<br />

При включении в схему установки пароэжекторного или механического агрегата в значительной<br />

степени повышает коэффициент относительной выработки. Потребляется меньшее<br />

количество исходной воды и расходы на её химическую обработку.<br />

Рис. 5. Опреснитель с механической компрессией:<br />

1 - компрессор; 2 - поверхности нагрева; 3 - охладитель рассола и дистиллята;<br />

4 - пусковой подогреватель.<br />

Значительная интенсификация процесса теплообмена в горизонтально-плёночных опреснителях<br />

достигается заменой трубной поверхности гофрированными листами, соединенными<br />

между собой и имеющих во впадинах отверстия для перетекания струй опресняемой<br />

воды на ниже лежащие ряды листов. Ряды расположены в шахматном порядке таким образом,<br />

чтобы струи попадали только на гребень листа и вода стекала во впадину. Такое движение<br />

жидкости по поверхности способствует лучшему контакту с нагретой волной и повышает<br />

коэффициент теплопередачи.<br />

Анализ показывает, что при соответствующей форме греющих элементов, процесс получения<br />

вторичного пара в опреснительной установке протекает не однозначно, а достигаемые<br />

коэффициенты теплопередачи имеют различное значение.<br />

Для схемы утилизации теплоты ДВС этот фактор имеет большое значение, так как при<br />

большей интенсивности теплообмена, доля использования теплоты для развитой схемы, содержащей<br />

несколько элементов, потребляющих теряемую двигателем энергию, будет наибольшей.<br />

Для подтверждения преимущественной целесообразности использования такого опреснителя<br />

в схеме утилизации теплоты от ДВС нами проведен анализ особенностей теплопередачи<br />

при движении жидкости по желобчатой поверхности в сравнении с гладкотрубным теп-<br />

77


лообменником. При этом принято допущение, что, наименьшая толщина плёнки образуется<br />

на гребне поверхности нагрева, а большее значение имеет место во впадине волны. Разбрызгивание<br />

при ударе струи об гребень и испарение части воды в её массе не учитывается.<br />

Таким образом, процесс теплопередачи можно рассматривать как протекающий в двух<br />

зонах: на гребне и во впадине.<br />

Геометрическими характеристиками такой поверхности приняты: высота гребня Н, радиус<br />

кривизны поверхности гофры R, расстояние от середины гребня впадины L и угол уклона<br />

гофры.<br />

В зоне впадины уравнение движения плёнки определяется:<br />

. (1)<br />

Если принять граничные условия, при которых скорость на участке минимальной толщины<br />

плёнки на входе во впадину при y= равна W=0, а её значение по вертикальной оси<br />

при z=0 W=0; при y=0; при z= , то значение толщины стекающей во впадину<br />

плёнки находится:<br />

. (2)<br />

Значение L рассчитывается в соответствии с зависимостью<br />

. (3)<br />

Расстояние от центра впадины до начала формирования толщины плёнки при движении<br />

с гребня устанавливается на основании уравнения<br />

. (4)<br />

В уравнениях (2-4) величина – характеризует максимальную толщину плёнки на<br />

дне впадины; – толщина плёнки жидкости на выходе из гребня; а – шаг гофры.<br />

Массовый расход опресняемой среды, движущейся по гофре во впадину составляет:<br />

. (5)<br />

Представленные уравнения при совместном рассмотрении с закономерностями, описывающим<br />

гидродинамический режим течения плёнки в зоне гребня, позволяют оценить интенсивность<br />

теплопередачи на желобчатой поверхности.<br />

Процесс течения опресняемой воды в зоне гребня определяется значением двух скоростей<br />

W и V с перемещением потока по направлению х вдоль гребня и у по профилю желоба.<br />

Уравнения движения выражаются в виде:<br />

. (6)<br />

С учётом изменения давления:<br />

. (7)<br />

Процесс парообразования при изменении плотности орошения находится:<br />

. (8)<br />

Таким образом, при совместном решении уравнений (5), (7) и(8) определяется распределение<br />

толщины плёнки по поверхности желоба. В соответствии с этой величиной устанавливают<br />

значение коэффициента теплоотдачи h и зависимостей для вычисления Nu и Rе.<br />

,<br />

где коэффициент теплоотдачи .<br />

78


В рассмотренной конструкции опреснителя имеет место истечение струи жидкости из<br />

отверстия, расположенного во впадине. При истечении струи происходит её соприкосновение<br />

со вторичным паром, генерируемом поверхностью гофр. При выводе выше представленных<br />

уравнений это явление не учитывается. Однако выход струи сопровождается дроблением<br />

её на отдельные капли и струи, что оказывает влияние на конденсацию части образующегося<br />

пара и смешение конденсата с опресняемой водой. Это приведёт к увеличению толщины<br />

плёнки на греющей поверхности и росту термического сопротивления.<br />

При незначительности расстояния между рядами гофр, струя жидкости непрерывна и<br />

для неё влияние пульсации, от действия сил тяжести и поверхностного натяжения, можно не<br />

учитывать.<br />

В этом случае уравнение распространения теплоты в струе выражается в виде:<br />

. (9)<br />

Решение уравнения (9) в безразмерных координатах находится:<br />

, (10)<br />

где ; ; ; - скорость и радиус струи на расстоянии<br />

х от выходного отверстия; и R – радиус выходного отверстия и текущий радиус<br />

струи; – температура струи; А и â – постоянные.<br />

Если принять, что<br />

и поставить это значение в (10) с переходом к безразмерной<br />

форме можно установить основные характеристики струи.<br />

Скорость свободного вытекания струи:<br />

(11)<br />

и радиус струи:<br />

. (12)<br />

Скорость струи на выходе из отверстия:<br />

, (13)<br />

где ö – коэффициент сопротивления отверстия; - напор жидкости на входе в отверстие; -<br />

коэффициент гидравлического сопротивления.<br />

Значение ö зависит от толщины листа и диаметра отверстия и лежит в пределах 0,8 – 0,88.<br />

Средняя температура жидкости в промежуточном сечении струи после соответствующих<br />

преобразований исходных уравнений находится:<br />

(14)<br />

или<br />

lg (X) (15)<br />

Величина (X) для наших условий с достаточной точностью определятся:<br />

(X)=ах/( ). (16)<br />

В соответствии с приведёнными данными видно, что с увеличением скорости истечения<br />

взаимодействие вторичного пара и струи уменьшается, что скажется на меньшей степени<br />

его конденсации.<br />

Представленные данные показывают, что процесс теплообмена в установке с гофрированной<br />

поверхностью обладает большей интенсивностью, чем для гладкотрубных теплообменников.<br />

При этом существенного влияния вытекающих из отверстия струй на парообразование<br />

не наблюдается. Требуемый температурный напор в установке такого типа значительно<br />

ниже, чем в других поверхностных аппаратах. Этот вывод позволяет сказать, что при использовании<br />

теплообменников с гофрированной поверхностью нагрева позволит обеспечить<br />

большую степень утилизации теплоты от ДВС при включении в развитую схему.<br />

79


80<br />

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ<br />

СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НАНЕСЕНИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ<br />

НА ДЕТАЛИ ТРИБОУЗЛОВ<br />

Зуева Екатерина Александровна<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />

Современное развитие двигателей характеризуется повышением мощности с одновременным<br />

стремлением повысить их ресурс и экономичность при возрастающей интенсивности<br />

эксплуатации. Несмотря на постоянное совершенствование конструкции судовых дизелей,<br />

технологии их производства, преждевременный выход из строя втулок цилиндров,<br />

поршней, колец и вкладышей подшипников коленчатых валов продолжает лимитировать<br />

межремонтные периоды дизелей. Анализ отказавших двигателей показывает, что необходимость<br />

капитального ремонта вызвана значительным изнашиванием деталей цилиндропоршневой<br />

группы (ЦПГ), повышенного расхода масла и снижения мощности. В большинстве<br />

случаев наименее долговечны сопряжения «поршневое кольцо – канавка поршня»,<br />

«поршневое кольцо – втулка цилиндра», «коленчатый вал – вкладыш». Почти все они нуждаются<br />

в повышении долговечности для обеспечения нормативного ресурса до капитального<br />

ремонта двигателя. Кроме того, ЦПГ общепризнанно считается основным источником потерь<br />

на трение в двигателе, хотя эти оценки меняются в пределах от 30 до 70 % общих механических<br />

потерь [1].<br />

Долговечность определяется стойкостью материалов трибоузла ко всем видам износа,<br />

которые имеют место в дизеле: абразивному, коррозионно-механическому и адгезионному.<br />

Материал поверхностного слоя должен выдерживать высокие удельные давления и температуры<br />

в условиях трения при граничной смазке, обладать способностью удерживать смазку на<br />

своей поверхности, исключить возможность схватывания и задира при временном отсутствии<br />

смазки. Изнашивание должно происходить так, чтобы продукты износа оказывали минимальное<br />

образивное действие на поверхность трения, и желательно даже, чтобы они оказывали<br />

смазывающее действие. Материал поверхностного слоя должен обеспечивать совместимость<br />

при трении, прирабатываемость и быстрое формирование оптимальной (равновесной)<br />

шероховатости. Процесс приработки идет с повышенным тепловыделением и требует<br />

определенного времени и режима работы двигателя. Поэтому необходимо, чтобы этот<br />

процесс заканчивался как можно быстрее.<br />

Решение проблемы радикального повышения долговечности связано с применением новых<br />

ресурсосберегающих технологий, позволяющих получать поверхностные слои детали со свойствами,<br />

существенно отличающимися от свойств металла детали. Новое качество поверхности<br />

восстановленной детали, в свою очередь, влияет на ресурс механизма, в который она входит.<br />

Современные методы восстановления деталей позволяют снизить потери на трение, повысить<br />

износостойкость и долговечность узлов трения.<br />

Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости и долговечности<br />

узлов трения дизелей является применение покрытий на основе природных материалов<br />

геологического происхождения (геомодификаторов трения) на основе силикатов. Для<br />

повышения ресурса различных механизмов и оборудования находят минеральные материалы,<br />

содержащие ионы Mg, Si, Fe, Ni, Al и др. [2, 3].<br />

Технологии нанесения минеральных покрытий на поверхности трибоузлов позволяют<br />

решать следующие задачи: повышения ресурса, снижения коэффициент трения и механических<br />

потерь; ускоренной приработки сопряженных поверхностей. В результате насыщения<br />

поверхностных слоев трибоузлов минеральными материалами (чаще всего применяются<br />

серпентиниты), обладающими высокой термодинамической устойчивостью, на поверхностях<br />

трения создается специфический микрорельеф с высокими маслоудерживающими свойствами,<br />

позволяющий получить поверхность с высокой несущей способностью, коэффициент


трения снижается в 1,5–2,0 раза. Благодаря этому улучшается работа трибоузла на режимах<br />

трения при граничной и смешанной смазке, и, соответственно, повышается его ресурс. Получают<br />

минеральные покрытия путем натирания, с помощью ультразвуковой обработки или<br />

при добавлении тонкодисперсного геомодификатора трения в смазку.<br />

Упрочнение с применением геомодификаторов трения — это совокупность технологических<br />

операций, конечным результатом которых является получение на поверхностях трения<br />

и контакта деталей машин металлокерамического защитного слоя толщиной достаточной<br />

для компенсации небольшого износа. Образование металлокерамического защитного<br />

слоя происходит в результате прохождения реакции замещения ионов магния в узлах кристаллических<br />

структур геомодификаторов трения на ионы железа поверхностного слоя стали<br />

(чугуна) трущихся поверхностей деталей машин.<br />

При добавлении геомодификаторов трения в смазку образуются новые кристаллы имеют<br />

более объемные пространственные решетки, которые в своей массе приподнимаются над<br />

изношенной поверхностью, компенсируя износ. Толщина металлокерамического защитного<br />

слоя зависит от энергии, выделяемой при трении, и количества геомодификатора трения, нагартовавшегося<br />

в местах трения. Уместно даже говорить о частичном восстановлении формы<br />

деталей. Но, самое важное — происходит не только компенсация зазоров, но и их оптимизация,<br />

что приводит к резкому падению уровня вибраций и, как следствие, к снижению энергопотребления.<br />

Механизмы образования модифицированного слоя и его долговечность в зависимости<br />

от условий эксплуатации не достаточно изучены [2].<br />

Нами разработан геомодификатор на основе серпентина «Трибоник». При нанесении<br />

геомодификатора трения на поверхность детали путем натирая или с помощью ультразвуковой<br />

обработки образуется слой металлокерамики толщиной от 1–10 нм до несколько десятков<br />

микрометров (толщина слоя зависит от способа и режима получения). Образующийся<br />

слой металлокерамики обладает более высокими физико-механическими и триботехническими<br />

свойствами, чем закаленная сталь. Изменяя химический состав геоматериала и его<br />

дисперсность можно управлять износостойкостью покрытия на поверхностях трения, что<br />

весьма перспективно, особенно при ремонте деталей машин, так как позволяет при уменьшении<br />

себестоимости ремонта улучшить качество изделий или повысить качество ремонта.<br />

Применение этой технологии в эксплуатации позволяет в несколько раз сократить величину<br />

затрат на смазочные материалы благодаря увеличению их срока службы, а за счёт улучшения<br />

трибологических свойств рабочих поверхностей получить экономию топлива.<br />

Литература<br />

1. Ведерников Д.Н., Шляхов В.А. Решение трибологических проблем двигателей внутреннего сгорания:<br />

современная практика изготовителей и перспективы // Трение и износ. – 1994. – №1. – С. 138–148.<br />

2. Куренский В.Е. Восстановление изношенных и защита от износа новых деталей механизмов и машин<br />

по технологии «Саис» // Техническая эксплуатация флота – пути совершенствования. Материалы региональной<br />

научно-практической конференции. 25–27 ноября 2003. – Владивосток: Мор. гос. ун-т им.<br />

адм. Г.И. Невельского, 2003. – С. 127–130.<br />

3. Лазарев С.Ю., Хмелевская В.Б., Токманев С.Б. К вопросу о критериях выбора природных минеральных<br />

материалов и других веществ для покрытий разного назначения // Металлообработка. – 2006. –<br />

№ 3. – С. 6–9.<br />

81


ВЕТРОДВИЖЕНИЕ<br />

Киютин Илья Олегович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., профессор Радченко П.М.<br />

kiutin_io@mail.ru<br />

Развитие паруса шло параллельно с развитием человечества и достигло пика к середине<br />

XIX столетия, когда появились знаменитые "выжиматели ветра" - чайные клипера, а к началу<br />

XX века - не менее знаменитые корабли типа "Flyins Р" ("Летучие П") гамбургской компании<br />

"Лаэш". Ее пятимачтовый корабль "Пройссен" считался в начале XX века самым большим<br />

парусным судном в мире: регистровая вместимость - 5081 т, водоизмещение - 11 000 т.<br />

Американцам первым удалось построить очень легкие, стройные и быстроходные суда<br />

- клипера. Но англичане не отставали, и очень скоро начались настоящие соревнования английских<br />

и американских парусников.<br />

Интерес к использованию ветра в нашем столетии тесно связан с определенными потрясениями,<br />

стремлением преодолеть трудности. Как правило, это касается нехватки топлива,<br />

специалистов, тоннажа и связано с удорожанием топлива.<br />

Новая волна интереса к парусным судам поднялась после окончания войны. При сравнительно<br />

небольших строительных затратах и низких эксплуатационных расходах можно<br />

было построить идеальное по крайней мере для малого каботажа, парусное судно.<br />

Стремительному техническому прогрессу сопутствовало появление серьезных экологических<br />

проблем, наносящих порой непоправимый вред природе. Катастрофы с нефтяными<br />

танкерами и грандиозные пожары на морских промыслах подтверждают это. Помочь мировому<br />

морскому флоту стать экологически чистым должны новые идеи и решения. И новизну<br />

может нести в себе парус.<br />

К счастью для человечества, всегда находятся люди, способные увидеть то, чего не замечают<br />

другие, и обладающие неиссякаемой пытливостью - этим неотъемлемым качеством<br />

всех изобретателей.<br />

Таким человеком был немецкий инженер Антон Флеттнер (1885-1961). Однажды, наблюдая<br />

во время плавания на паруснике за усилиями матросов, работавших в шторм с парусами<br />

на высоте 40-50 м, он подумал: а нельзя ли чем-нибудь заменить классический парус,<br />

используя при этом все ту же силу ветра? Размышления заставили Флеттнера вспомнить о<br />

его соотечественнике физике Генрихе Густаве Магнусе (1802-1870), который в 1852 году доказал,<br />

что возникающая поперечная сила, действующая на тело, вращающееся в обтекающем<br />

его потоке жидкости или газа, направлена в сторону, где скорость потока и вращение тела<br />

совпадают (рис.1).<br />

Наличие такого эффекта Магнус подтвердил позже на опыте с весами. На одну из их<br />

чаш клали горизонтально цилиндр с подключенным к нему моторчиком, а на другую -<br />

уравновешивавшие гири. Цилиндр обдували воздухом, но, пока не включали моторчик, он<br />

оставался неподвижным и равновесие весов не нарушалось.<br />

82<br />

Рис.1. Эффект Магнуса<br />

Однако стоило лишь запустить моторчик и тем самым заставить цилиндр вращаться,<br />

как чаша, где он находился, или поднималась, или опускалась - в зависимости от того, в ка-


ком направлении шло вращение. Этим опытом ученый установил: если на вращаемый цилиндр<br />

набегает поток воздуха, то скорости потока и вращения по одну сторону цилиндра<br />

складываются, по другую же - вычитаются. А поскольку большим скоростям соответствуют<br />

меньшие давления, на вращаемом цилиндре, помещенном в поток воздуха, возникает движущая<br />

сила, перпендикулярная потоку. Ее можно увеличивать или уменьшать, если крутить<br />

цилиндр быстрее или медленнее. Именно опыты Магнуса и навели Флеттнера на мысль заменить<br />

парус на судне вращающимся цилиндром. Но сразу же возникли сомнения. Ведь на<br />

большом судне такие роторы будут выглядеть огромными башнями высотой 20-25 м, которые<br />

в шторм создадут колоссальную опасность для судна. На эти вопросы требовалось ответить,<br />

и Флеттнер начал свои исследования.<br />

Их результаты сводились к следующему. Если на поверхность вращающегося ротора<br />

воздействует ветер, скорость последнего изменяется. Там, где поверхность движется навстречу<br />

ветру, его скорость уменьшается, а давление увеличивается. С противоположной же<br />

стороны ротора скорость воздушного потока, наоборот, увеличивается, а давление падает.<br />

Полученная разность давлений и создает движущую силу, которую можно использовать для<br />

перемещения судна.<br />

Но самым удивительным в исследованиях Флеттнера было другое. Оказалось, что возникающая<br />

движущая сила была во много раз больше, чем давление ветра на неподвижный<br />

ротор. Расчеты показали: используемая энергия ветра примерно в 50 раз превышала ту, что<br />

затрачивалась на вращение ротора, и зависела от частоты его вращения и скорости ветра.<br />

Выяснилось также и еще одно важное обстоятельство - возможность плавания роторного<br />

судна против ветра переменными курсами (галсами), близкими к линии ветра. Другими словами,<br />

для такого судна оставались действительными те естественные законы плавания, которыми<br />

пользовались обычные парусники. Но при этом его перспективы оценивались просто<br />

блестяще, поскольку площадь ротора по отношению к площади парусов обычного парусника,<br />

сравнимого по водоизмещению с роторным судном, составляла лишь 0,1-0,15 процента, а его<br />

(ротора) масса была примерно в 5 раз меньше, чем суммарная масса парусного вооружения.<br />

Естественно, что одна часть усилий, полученных за счет вращения цилиндра, затрачивается<br />

на создание дрейфа (смещения идущего корабля с линии курса), а другая - на движение<br />

судна вперед.<br />

Продувка в аэродинамической трубе показала: эту движущую силу можно увеличить<br />

почти в 2 раза, если накрыть сверху цилиндр диском (в виде плоской тарелки), диаметр которого<br />

больше, чем диаметр самого цилиндра. Кроме того, важно было найти нужные соотношения<br />

между скоростью ветра и угловой скоростью вращения ротора. От этого зависит<br />

величина силы, вызываемой вращением; потому-то сначала роторы испытывались в аэродинамической<br />

трубе и потом уже на модели судна. Эксперимент позволил установить их оптимальные<br />

размеры для опытного судна, а за необычным движителем с тех пор закрепилось<br />

название "ротор Флеттнера".<br />

В качестве первого опытного судна для его испытания использовали видавшую виды<br />

трехмачтовую шхуну "Букау" водоизмещением 980 т. В 1924 году на ней вместо трех мачт<br />

поставили два ротора-цилиндра высотой 13,1 м и диаметром 1,5 м. Их приводили в движение<br />

два электромотора постоянного тока напряжением 220 В. Электроэнергию вырабатывал небольшой<br />

дизель-генератор мощностью 33 кВт (45 л.с.).<br />

Испытания начались на Балтике и закончились удачно. В феврале 1925 года судно покинуло<br />

"вольный город Данциг", направляясь в Англию. В Северном море "Букау" пришлось<br />

бороться с сильным волнением, но шхуна за счет правильной перебалластировки раскачивалась<br />

меньше, чем обычные корабли. Опасения, что тяжелые роторы отрицательно подействуют<br />

на остойчивость судна или сами пострадают во время качки, не оправдались , давление<br />

ветра на их поверхности не достигло больших величин. В то же время погода была настолько<br />

скверной, что многие суда такого же водоизмещения, как и "Букау", искали убежища в близлежащих<br />

портах. "Ни один парусник не мог бы совершить плавания, которое проделала роторная<br />

шхуна", - писали английские газеты.<br />

83


Обратный переход в Куксхафен тоже сопровождался штормами. На этот раз "Букау"<br />

нагрузили углем по ватерлинию, и она еще раз показала свои преимущества перед другими<br />

парусниками. Волны перекатыва лись через палубу и разбили спасательную шлюпку, но сами<br />

роторы никаких повреждений не получили. Впоследствии шхуну переименовали в "Баден-Баден"<br />

и она совершила еще одно трудное плавание: перенеся жестокий шторм в Бискайском<br />

заливе, пересекла Атлантический океан и благополучно прибыла в Нью-Йорк.<br />

Роторный движитель получил высокую оценку. Он оказался проще в обслуживании,<br />

чем обычные паруса, быстро входил в рабочий режим, и поэтому испытания решили продолжить.<br />

В 1924 году на верфи акционерного общества "Везер" (Германия) было заложено<br />

первое судно, спроектированное специально для плавания с роторным движителем. Его назвали<br />

"Барбара" и предназначили для перевозки фруктов из портов Южной Америки в Германию.<br />

При длине 85, ширине 15,2 и осадке 5,4 м судно имело грузовместимость около 3000<br />

т. По первоначальному проекту на нем предполагалось поставить один гигантский ротор высотой<br />

90 м и диаметром 13,1 м, но затем, учитывая опыт шхуны "Букау", ротор-колосс заменили<br />

тремя, меньшего размера - высотой 17 м и диаметром 4 м. Их изготовили из алюминиевых<br />

сплавов со стенками толщиной несколько больше миллиметра. Для каждого ротора<br />

предназначался один мотор мощностью 26 кВт (35 л.с.), развивающий 150 об/мин. При ветре 5<br />

баллов (8-11 м/с) благоприятного направления (курсовой угол 105-110 градусов) тяга роторных<br />

движителей была эквивалентна работе двигателя мощностью 780 кВт (1060 л.с.). Кроме<br />

того, одновальная дизельная установка мощностью 750 кВт (1020 л.с.) с приводом на гребной<br />

винт дополняла тягу ротора, что позволяло судну идти со скоростью 10 узлов (18,5 км/ч).<br />

Являясь, по существу, парусниками, роторные суда обладали перед ними колоссальными<br />

преимуществами. Отпадала необходимость вызывать команду на палубу для уборки и постановки<br />

парусов; всего один офицер (на мостике) управлялся с движением роторов при помощи<br />

нескольких рукояток. В бейдевинд (против ветра) эти суда шли до 30 градусов, тогда<br />

как у большинства обычных парусников угол между направлением ветра и направлением<br />

движения составляет не менее 40-50 градусов. Скорость хода регулировалась скоростью<br />

вращения роторов, а маневрирование - изменением направления их вращения. Роторные суда<br />

могли даже давать задний ход.<br />

Однако сложность конструкции роторных движителей, а главное - то обстоятельство,<br />

что оснащенные ими суда продолжали оставаться парусниками со всеми недостатками, первый<br />

из которых - полная зависимость от ветра, не привели к их широкому распространению.<br />

Тем не менее, конструкторы вновь и вновь возвращались к идее использования энергии<br />

ветра. В середине 60-х годов ХХ века во многих морских странах были созданы специальные<br />

конструкторские бюро, которые занимались проблемой ветродвижения, то есть движения<br />

судна с помощью ветродвигателей и ветродвижителей. В первом случае преобразование<br />

энергии ветра в тягу происходит по цепочке: ветродвигатель - передача (механическая или<br />

электрическая) - гребной винт. По конструкции различают ветродвигатели с горизонтальной<br />

осью вращения (1-, 2-, 3- или многолопастная турбина) и с вертикальной, например турбина<br />

барабанного типа; по скорости вращения - быстроходные, имеющие высокую скорость вращения<br />

(хорошо сочетаются с электрогенераторами по частоте вращения), и тихоходные, создающие<br />

большой вращающий момент непосредственно на гребной винт. При использовании<br />

ветродвигателя судно не ограничено в выборе курса относительно направления ветра, однако<br />

он, ветродвигатель, имеет малый кпд по причине многократного преобразования энергии.<br />

Опытные ветродвигатели различных конструкций были успешно испытаны на яхтах. Однако<br />

на больших транспортных судах они не используются даже в качестве приводов электрогенераторов,<br />

хотя эксперименты в этом направлении продолжаются.<br />

Во втором же случае сила тяги, влекущая судно, возникает непосредственно на ветродвижителе,<br />

но плавание прямо против ветра и в некотором диапазоне курсовых углов вблизи<br />

этого направления невозможно; скорости таких судов зависят от скорости ветра и сравнительно<br />

невелики - 7-10 узлов (13-18,5 км/ч). К основным типам ветродвижителей относятся<br />

уже известный нам роторный Флеттнера, парус-крыло и классический парус, который до сих<br />

84


пор продолжают совершенствовать, причем по линии создания новейших материалов. Появились<br />

немнущийся лавсан и термоустойчивый нитрон, материалы из пластмасс и синтетических<br />

волокон, отличающиеся повышенной прочностью и легкостью. Именно они используются<br />

для современных судов с парусным движителем.<br />

Особенно серьезно к разработке ветродвижителей и ветродвигателей относятся в тех<br />

странах, где природные запасы нефти ограничены или вообще отсутствуют. Так, в Японии<br />

только за период 1980-1986 годов вошли в строй 10 судов, имеющих кроме механического и<br />

ветровой движитель. Типичный их представитель - прибрежный танкер "Шин Эйтоку Мару"<br />

водоизмещением 1600 т, спущенный на воду в июле 1980 года компанией "Имамура Шипбилдинг".<br />

Основные его размеры: длина - 66, ширина - 10,6, осадка - 4,4 м. Оснащен двумя<br />

парусами площадью по 97 м 2 каждый и двигателем мощностью 1177 кВт (1600 л.с.). Средняя<br />

скорость танкера - 12 узлов (22 км/ч). Время, которое он проходит под парусами за год, составляет<br />

15 процентов от общего.<br />

Высшим достижением в строительстве судов по схеме "механический двигатель плюс<br />

ветровой движитель" стало японское судно "Усики Пионер". При водоизмещении 26 тыс. т<br />

оно имеет длину 162,4, ширину 25,2 и осадку 10,6 м, два главных двигателя мощностью по<br />

2427 кВт (3300 л.с.) и два паруса по 320 м 2 каждый. При комбинированном использовании<br />

парусов и одного из двигателей судно может идти со средней скоростью 13,5 узла (25 км/ч).<br />

Управление ветровым движителем осуществляется по командам ЭВМ.<br />

Многоцелевые и довольно дорогие испытания вариантов парусного вооружения были<br />

проведены в 1985 году польскими учеными и конструкторами. На 50-метровом опытном<br />

судне "Океания" водоизмещением 550 т установили три мачты из прочного и легкого сплава<br />

с прямыми парусами общей площадью 700 м 2 . Их ставили и убирали с помощью гидравлических<br />

приводов и с использованием специальных снастей из сверхпрочного синтетического<br />

материала - кевлара. При усилении ветра площадь парусов уменьшалась, а при ветре более<br />

25 м/с они складывались в виде коробов вокруг мачты.<br />

Новые паруса потребовали и более современного крепления и уборки. Разработано несколько<br />

конструкций мачт, и в каждой есть свои "изюминки". Так, одни мачты установлены<br />

на поворачивающихся платформах, а паруса выдвигаются из рей и втягиваются внутрь их,<br />

словно полотно киноэкрана. А польский изобретатель А. Боровский из Щецина еще в 1977<br />

году получил патент на мачту, которая состоит из множества металлических трубок, связанных<br />

в одно целое тонкой внешней оболочкой из сверхпрочного синтетического материала.<br />

Такая конструкция легче обычной и не уступает ей в прочности.<br />

Паруса новых видов разработаны и для спортивных судов. В частности, уже нашел<br />

применение новый движитель - парус-крыло. Он выполнен в виде жесткого паруса, аналогичного<br />

по конструкции крылу планера или самолета, но имеющего симметричный профиль<br />

поперечного сечения.<br />

Сегодня существует достаточно много различных проектов ветродвижителей и ветродвигателей,<br />

как реализованных, так и находящихся на стадии разработок. Есть из чего выбирать,<br />

однако специалисты пришли к выводу, что наиболее целесообразным вариантом является<br />

установка на морских и речных судах ветродвижителя как дополнения к основному механическому<br />

двигателю. Это даст 25-30 процентов экономии топлива и обеспечит судам<br />

вполне приемлемую скорость в 16 узлов, а кроме того, позволит вместо мощной энергетической<br />

установки применять сравнительно небольшую. И еще одно обязательное условие: использование<br />

всех новых видов парусных движителей требует широкого внедрения компьютеров.<br />

Только быстродействующая вычислительная техника может учесть все параметры,<br />

влияющие на движение корабля, и этим повысить безопасность его плавания.<br />

5<br />

Литература<br />

1. Сборник научных трудов «Ветродвижение и ветроэнергетика транспортных судов».<br />

2. Дыгало В.В. На крыльях белых парусов. // Наука и жизнь, 2004. - № 7. - С. 12-18.<br />

85


РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ<br />

ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВКЛАДЫШЕЙ<br />

ПОДШИПНИКОВ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ<br />

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ<br />

Крайнова Мария Геннадьевна<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />

Технологическое обеспечение надежности при восстановлении и изготовлении вкладышей<br />

подшипников судовых дизелей заключается в определении требуемых параметров<br />

качества антифрикционного слоя и проектировании технологического процесса (ТП), позволяющего<br />

получить их. Параметры качества поверхностного слоя обусловлены как технологическими<br />

возможностями применяемых методов нанесения покрытия, сопутствующего или<br />

последующего упрочнения и т.п., так и параметрами всего ТП. Физико-механическое и<br />

структурное состояние поверхностного слоя антифрикционного материала является решающим<br />

в обеспечении заданной надежности вкладыша и должно обеспечить быструю адаптацию<br />

рабочих поверхностей к имеющимся в сопряжении видам изнашивания и требуемую<br />

усталостную прочность антифрикционного слоя. При этом каждый ТП при использовании<br />

определенных материалов обладает ограниченным ресурсом положительных свойств.<br />

Управление этим ресурсом осуществляется как на этапе проектирования, так и во время ТП:<br />

операционный и окончательный контроль параметров качества, режимов технологических<br />

операций и т.п.<br />

Проектирование ТП восстановления вкладышей подшипников включает следующие этапы:<br />

1) определение конструктивных, технических, триботехнических и т.п. требований к<br />

вкладышу, обеспечивающих заданную долговечность узла, в зависимости от условий эксплуатации<br />

(приведены в работе [1]);<br />

2) выбор или разработка антифрикционных материалов для различных слоев (промежуточных,<br />

рабочих, приработочных и т.п.) и конструктивных особенностей вкладыша (количество,<br />

размеры различных слоев и т.п.), обеспечивающих получение требуемых механических<br />

и триботехнических свойств;<br />

3) выбор методов нанесения покрытия различных слоев на основании критериев долговечности<br />

конструкции и технико-экономического анализа;<br />

4) выбор технологического оборудования, которое способно обеспечить заданные параметры<br />

качества антифрикционного покрытия;<br />

5) выбор области оптимальных параметров режима при различных операциях ТП: нанесения<br />

покрытия, механической и упрочняющей обработок и т.д..<br />

Долговечность работы подшипникового узла обеспечивается прежде всего износостойкостью<br />

его составляющих деталей, т.к. при износе деталей изменяются их геометрия и зазоры<br />

и, как следствие этого, гидродинамические характеристики. Наиболее износостойким материалом<br />

в условиях высоких нагрузок (свыше 35 МПа) можно считать алюминиевые сплавы<br />

АО6 и АО20.<br />

Наиболее перспективным для нанесения антифрикционного слоя на вкладыши при их<br />

изготовлении и восстановлении является плазменный способ благодаря его универсальности,<br />

возможности полной автоматизации процесса и минимальному загрязнению экологической<br />

среды. Причем усталостная прочность напыленных алюминиевых сплавов и баббитов выше,<br />

чем литых, а коэффициент трения ниже [1].<br />

Долговечность вкладышей определяется как износостойкостью, так и усталостной<br />

прочностью антифрикционного материала, т.е. его физико-механическими и триботехническими<br />

свойствами, а также структурой и фазовым составом.<br />

Основные характеристики покрытий при напылении (адгезионная, когезионная, уста-<br />

86


лостная прочности, износостойкость и др.) определяются химическим составом и структурой<br />

материалов, технологическими факторами.<br />

Для обеспечения требуемого ресурса вкладышей подшипников при их восстановлении<br />

или изготовлении методом плазменного напыления антифрикционного слоя необходимо<br />

знать: какие физико-механические и триботехническими свойства, а также типы структур позволяют<br />

получить требуемую износостойкость и усталостную прочность, а также в каких пределах<br />

они могут изменяться и как их обеспечить в проектируемом ТП.<br />

Установлено, что доминирующее влияние на износостойкость напыленных алюминиевых<br />

сплавов оказывает когезионная прочность покрытия. С увеличением когезионной прочности износ<br />

покрытия уменьшается, поэтому при нанесении покрытия необходимо выбирать оборудование и<br />

параметры режима, обеспечивающие наибольшую когезионную прочность. Особенность структуры<br />

напыленных покрытий состоит в том, что напыленный слой пористый и состоит из совокупности<br />

деформированных частиц. Поскольку прочность тела напыленных частиц превышает прочность<br />

их сцепления, то прочность покрытия характеризуется когезионной прочностью.<br />

Усталостная прочность напыленных покрытий зависит от их когезионной прочности,<br />

которая зависит как от микроструктуры слоя, так и от прочности соединения между частицами.<br />

Причем микроструктура в большей степени влияет на усталостную прочность: с<br />

уменьшением толщины частицы в покрытии работа разрушения при распространении трещины<br />

в радиальном направлении возрастает и может быть больше работы разрушения литого<br />

материала того же химического состава. В этом случае в напыленном слое более вероятным<br />

становится образование не радиальных, а тангенциальных трещин, т.е. отслаивание материала<br />

по границам частиц. Предотвратить отслаивание можно при уменьшении работы<br />

тангенциальных сил, т.е. уменьшением коэффициента трения или увеличением когезионной<br />

прочности. Усталостная долговечность напыленных покрытий в значительной степени зависит<br />

от их когезионной прочности (рис. 1).<br />

Рис. 1. Зависимость долговечности покрытий системы Al–Sn–Cu от когезонной прочности<br />

Для увеличения предела выносливости сплава АО20 на основе проведенных исследований<br />

была разработана схема раздельной подачи сплава АО6 и олова в количестве 12–14% в плазменную<br />

струю. Такая подача порошков обеспечивает равномерное распределение зерен олова в<br />

матрице сплава АО6 благодаря тому, что олово нерастворимо в алюминии. При этом механические<br />

свойства близки к свойствам АО6 — предел выносливости возрастает на 10 МПа, когезионная<br />

прочность на 9%, а триботехнические — выше чем у сплава АО20 — коэффициент трения<br />

снижается на 12–20%, нагрузка схватывания возрастает на 13,3–16,7% [2].<br />

Установлено, что применение тонкого свинцового покрытия на сплав АО20 позволяет<br />

существенно снизить коэффициент трения и повысить износостойкость. Если при напылении<br />

при раздельной подаче составляющих сплава часть олова (например, 5–7%) заменить<br />

свинцом, это позволит повысить долговечность вкладышей. Состав для напылении будет<br />

следующего состава АО6 + (7–9%)Sn + (5–7%)Pb.<br />

87


Таким образом, применение плазменного напыления сплавами на алюминиевой основе<br />

с раздельной подачей составляющих сплава АО6 + (7–9%)Sn + (5–7%)Pb при восстановления<br />

или изготовления вкладышей подшипников судовых двигателей является весьма перспективным.<br />

Однако для разработки технологии восстановления или изготовления вкладышей<br />

подшипников двигателей с использованием плазменного напыления надо провести триботехнические<br />

испытания таких покрытий, а также подконтрольную эксплуатацию опытной<br />

партии вкладышей на судовом двигателе для определения их надежности.<br />

Литература<br />

1. Леонтьев Л.Б. Восстановление и изготовление вкладышей подшипников судовых дизелей: проблемы<br />

и перспективы / Л.Б. Леонтьев, С.В. Бровченко, Н.А. Митюк, В.Б. Хмелевская. // Транспортное дело<br />

России. Спецвыпуск №2, 2004. - С. 67–72.<br />

2. Леонтьев Л.Б. Конструктивно-технологическое обеспечение надежности подшипников коленчатых<br />

валов судовых дизелей. – Владивосток: МГУ, 2008. - 122 с.<br />

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ<br />

ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ<br />

СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ<br />

Леонтьев Андрей Львович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />

Экономичность и надежность судовых дизелей в значительной степени зависит от технического<br />

состояния топливной аппаратуры (ТА). При эксплуатации дизелей происходит износ<br />

прецизионных пар (ТА): плунжер – втулка топливного насоса и игла – корпус распылителя<br />

форсунки. Износ этих деталей приводит к увеличению зазоров в сопряжении, а следовательно,<br />

к потере гидроплотности. Анализ технической информации показал, что 70–90% судовых<br />

дизелей имеют заниженную мощность при повышенном удельном расходе топлива<br />

из-за нестабильной работы ТА, что приводит к значительному перерасходу топлива [1]. Основными<br />

причинами увеличения зазора в прецизионных парах ТА являются гидроабразивное<br />

и гидроэрозионное изнашивание. Наиболее интенсивный износ наблюдается в первый период<br />

работы в результате приработки деталей, когда устраняется несоответствие выполненных<br />

значений геометрических отклонений формы и расположения прецизионных поверхностей<br />

зазору между ними, далее интенсивность износа уменьшается. После 8–10 тыс. ч работы дизеля<br />

диаметральный зазор в плунжерной паре в среднем увеличивается для среднеоборотных<br />

дизелей на 6–10 мкм, для малооборотных дизелей на 10–15 мкм, а в прецизионном сопряжении<br />

распылителя – на 3–8 мкм, в зависимости от типоразмера и применяемого топлива. Нередко<br />

распылители и плунжерные пары выходят из строя из-за завышенных зазоров при их<br />

изготовлении через 100–200 ч работы из-за потери гидроплотности.<br />

Анализ долговечности плунжерных пар позволил установить, что низкий ресурс некоторых<br />

пар обусловлен пониженной твердостью как плунжера, так и втулки. Прецизионные<br />

детали ТА изготавливают из легированной инструментальной стали ХВГ или ее заменителей<br />

ШХ15 и 18Х2Н4МА, которые подвергают закалке на высокую твердость 62–65 HRC э . Твердость<br />

сопрягающихся цилиндрических поверхностей плунжеров, работающих на тяжелых<br />

сортах топлива (например, флотском мазуте), в районе отсечных кромок снижается в процессе<br />

эксплуатации на 6–8 ед. HRC по сравнению с остальной рабочей поверхностью и составляет<br />

56–58 HRC э , что приводит к повышенному износу плунжера в данном районе. Кроме<br />

того, в эксплуатации встречаются плунжера с твердостью прецизионной поверхности все-<br />

88


го 46–50 HRC э , что значительно ниже регламентированной твердости, которая должна быть<br />

не менее 55 HRC э . При этом твердость втулок также снижена и составляет 49-57 HRC э .<br />

Износостойкость деталей, работающих в условиях гидроабразивного и гидроэрозионного<br />

изнашивания, в значительной степени зависит от их поверхностной твердости. В настоящее<br />

время для восстановления прецизионных поверхностей охватывающих деталей ТА<br />

наиболее широкое применение получило хромирование [2]. Однако это покрытие склонно к<br />

растрескиванию под действием циклических механических и тепловых нагрузок и требует<br />

дополнительных технологических операций для предотвращения повышенного износа<br />

cопряженных поверхностей деталей на стадии приработки.<br />

Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости и долговечности<br />

узлов трения дизелей является применение покрытий на основе природных материалов<br />

геологического происхождения (геоматериалов) на основе силикатов. Технологии<br />

нанесения геоматериалов на поверхности трибоузлов позволяют решить следующие задачи:<br />

повышения ресурса, снижения коэффициент трения и механических потерь; ускоренной<br />

приработки сопряженных поверхностей. В результате насыщения поверхностных слоев трибоузлов<br />

минеральными материалами (чаще всего применяются серпентиниты), обладающими<br />

высокой термодинамической устойчивостью, на поверхностях трения создается специфический<br />

микрорельеф с высокими маслоудерживающими свойствами. Благодаря этому улучшается<br />

работа трибоузла на режимах трения при граничной и смешанной смазке, и, соответственно,<br />

повышается его ресурс. Для восстановления прецизионных поверхностей охватываемых<br />

деталей ТА представляет интерес композиционное покрытие: первый слой – хром,<br />

второй – геоматериал. Такое покрытие обладает высокой износостойкостью, хорошей прирабатываемостью<br />

и задиростойкостью.<br />

Долговечность прецизионной пары зависит от структурно-механических свойств сопряженных<br />

поверхностей и топлива (легкое, тяжелое). Непосредственно на долговечность<br />

поверхностного слоя влияют его геометрические параметры (макро- и микронеровности),<br />

физико-механические свойства (твердость, величина остаточных напряжений, температурный<br />

коэффициент линейного расширения, смачиваемость топливом и т.д.) и структурные<br />

характеристики (фазовый состав, способность к образованию вторичных структур и т.д.). В<br />

зависимости от вида топлива и необходимой величины износостойкого покрытия оптимальным<br />

будет определенный набор свойств поверхностного слоя, соответствующий оптимальным<br />

эксплуатационным характеристикам: износостойкости, несущей способности, надежности.<br />

Отыскание оптимального поверхностного слоя — оптимизационная задача. Многовариантность<br />

возможных решений не позволяет указать короткий рациональный путь нахождения<br />

действительно оптимального поверхностного слоя. Ограничимся рядом рекомендаций.<br />

Рабочий слой, непосредственно воспринимающий силы трения, нельзя рассматривать изолированно<br />

от сердцевины (материала тела детали), т.к. только сочетание их свойств дает оптимальные<br />

показатели долговечности пары трения. В общем случае износостойкое покрытие<br />

должно состоять из нескольких основных прослоек, имеющих специфические структуры,<br />

отвечающие их функциональным задачам. В условиях трения прецизионных деталей оптимальной<br />

несущей способностью будет обладать износостойкое покрытие, для которого эпюра<br />

распределения твердости по глубине представлена на рис. 1.<br />

На поверхности находится приработочный слой 1, удаляемый с микронеровностями в<br />

период приработки. Структура этого слоя допускает его быстрое изнашивание, слой имеет<br />

меньшую твердость, чем нижележащие слои, толщина слоя соизмерима с высотой микронеровностей.<br />

Слой 1 служит для компенсации неточностей макро- и микрогеометрии, погрешностей<br />

сборки и монтажа. В результате изнашивания приработочного слоя 1 достигаются<br />

достаточная контурная площадь контактирования и приемлемая эксплуатационная шероховатость<br />

на пятнах контакта. Слой 1 опирается на слои высокой твердости и достаточной пластичности,<br />

обладающие большой износостойкостью, контактной выносливостью и противозадирной<br />

стойкостью. В зависимости от необходимой толщины покрытия толщина этих слоев<br />

может колебаться от 3 мкм до 150 мкм.<br />

89


Рис. 1. Структура поверхностного износостойкого покрытия: 1 – приработочный слой;<br />

2 – износостойкий (упрочняющий) слой; 3 – переходный слой; 4 – серцевина (основа) детали.<br />

Твердый слой 2 постепенно переходит в структуру сердцевины 4, которая настолько<br />

прочна, что твердый слой не продавливается под нагрузкой, и достаточно пластична, что необходимо<br />

в большей степени для иглы распылителя по условиям эксплуатации.<br />

При восстановлении плунжерных пар толщина хромового покрытия в большинстве<br />

случаев находится в пределах 3–15 мкм. Исследованиями установлено, что микротвердость<br />

покрытия в зависимости от параметров нанесения (температура электролита, плотность тока)<br />

находится в широких пределах 880–1116 МПа.<br />

После нанесения износостойкого слоя хрома наносили более мягкий поверхностный<br />

(приработочный) слой серпентинита толщиной 3–5 мкм.<br />

Изучение триботехнических характеристик проводили согласно требованиям РД 50 –<br />

662 – 88 «Методические указания. Методы экспериментальной оценки фрикционной совместимости<br />

материалов трущихся сопряжений» и осуществляли на машине трения СМЦ-2 по<br />

схеме «диск – колодка». Покрытие наносили на диск из стали ХВГ, материал колодки – сталь<br />

ХВГ. Проведенные сравнительные исследования показали, что покрытие хромом незначительно<br />

уменьшает коэффициент трения (в среднем на 10 %), однако интенсивность изнашивания<br />

снижается в 1,2–1,5 раза.<br />

При наличии на наружной поверхности слоя геоматериала коэффициент трения снижается<br />

в 2 и более раз, при этом интенсивность изнашивания уменьшается в 2,5–3,0 раза за счет<br />

уменьшения износа как диска, так и сопряженной детали (колодки). После приработки наблюдается<br />

модифицирование сопряженной поверхности трения (колодки), на ней образуется<br />

металлокерамический слой толщиной до 3 мкм за счет энергии, образующейся при трении.<br />

Благодаря наличию на одной из поверхностей геоматериала существенно повышаются противозадирные<br />

свойства сопряжения и долговечность.<br />

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения для<br />

условий трения, характерных для прецизионных деталей (плунжерная пара и игла–корпус<br />

распылителя форсунки), композиционных износостойких покрытий. Модифицирование<br />

сопряженных поверхностей узла трения после нанесения слоя геоматериала на одну из деталей<br />

приводит к существенному уменьшению параметров шероховатости и коэффициента<br />

трения, и как следствие – к снижению энергетического уровня контактного взаимодействия<br />

трущихся поверхностей. Все эти положительные изменения триботехнических характеристик<br />

сопряжения позволяют говорить о перспективности использования данной технологии<br />

для повышения долговечности деталей узлов трения. Для выбора оптимальных параметров<br />

нанесения хромового покрытия, толщин покрытий, метода нанесения геоматериала необходимо<br />

провести лабораторные испытания для определения износостойкости различных<br />

90


композиций и ускоренные стендовые испытания прецизионных деталей для определения<br />

их долговечности.<br />

Учитывая огромные возможности, которые дают композиционные покрытия для узлов<br />

трения, в ближайшем будущем эта технология займет доминирующее положение в различных<br />

машиностроительных и ремонтных отраслях.<br />

Литература<br />

1. Фомин Ю.Я., Никонов Г.В., Ивановский В.Г. Топливная аппаратура дизелей. Справочник. – М.: Машиностроение,<br />

1982. – 168 с.<br />

2. Леонтьев Л.В., Лагоша В.В. Восстановление и упрочнение прецизионных деталей топливной аппаратуры<br />

дизелей нанесением износостойких покрытий // Проблемы транспорта Дальнего Востока. Материалы<br />

5-ой Международ. научно-практич. конферен., 2003, Владивосток: ДВО Академии транспорта<br />

РФ. С. 455–460.<br />

ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН,<br />

МЕХАНИЗМОВ И ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ<br />

ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ<br />

Пщебильский Алексей Сергеевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />

Привлечение в страну бывших в употреблении машин, оборудования для малого бизнеса,<br />

а также старение оборудования на предприятиях практически всех отраслей народного<br />

хозяйства выявило ряд проблем перед их владельцами. Основная часть проблем связана с<br />

износом поверхностей трения трибоузлов, элементов уплотнительных устройств и др. Как<br />

известно в трибоузлах расположены наиболее быстро изнашиваемые элементы пар трения -<br />

втулки, поршни, вкладыши, уплотнительные кольца и т.д. Потребность в этих изделиях в настоящее<br />

время огромная, а централизованная поставка их через различные фирмы насыщает<br />

рынок примерно на 12–15%, а остальная часть удовлетворяется путем изготовления на различных<br />

ремонтных предприятиях.<br />

Известно, что только 1,5% стоимости от всех затрат на оборудование предприниматель<br />

тратит на покупку, а остальные, т.е. 98,5% на его ремонт и обслуживание. Однако изготавливать<br />

элементы опор трения для зарубежного технологического и судового оборудования и<br />

машин, бывших в употреблении, в условиях отечественных ремонтных предприятий не всегда<br />

удается из-за отсутствия необходимых конструкторской и технологической документации,<br />

а также производственной базы. Поэтому специалистам (технологам, ремонтникам) необходимо<br />

разрабатывать технологические процессы их восстановления и упрочнения для<br />

обеспечения заданной долговечности.<br />

Большинство отказавших деталей имеют износ в пределах 0,03–0,60 мм, поэтому применение<br />

наплавки нецелесообразно, так как при наплавке слой наносимого материала, как<br />

правило, превышает 2 мм, большая часть которого удаляется при последующей механической<br />

обработке. Кроме того, при наплавке образуются значительные остаточные напряжения,<br />

которые приводят к деформации деталей. Современные технологические процессы<br />

электролитического нанесения металлов позволяют наносить композиционные износостойкие<br />

покрытия толщиной до 2 мм, поэтому получают все более широкое применение в ремонтном<br />

производстве. В последние годы все большее распространение получают многофазные<br />

покрытия на основе хрома, железа и никеля [1], осажденные из гальванической ванны,<br />

включающей различные неметаллические частицы: алмазы, карбиды, бориды, оксиды,<br />

сульфиды и т.д. Дисперсные неметаллические частицы позволяют значительно повысить<br />

91


эксплуатационные характеристики покрытий, например, твердость, износо- и коррозионную<br />

стойкость [1, 2].<br />

При введении порошкообразных веществ в электролиты становится возможным совместное<br />

осаждение металла и находящихся в растворе частиц, т.е. формирование композиционных<br />

покрытий, имеющих сравнительно мягкую матрицу и твердые включения, что позволяет<br />

улучшить механические и триботехнические свойства (твердость, износостойкость, снизить<br />

коэффициент трения и т.д.).<br />

В процессе образования композиционных покрытий можно выделить три фазы (стадии):<br />

встреча частиц с катодной поверхностью; адгезия частиц на этой поверхности; зарастание<br />

частиц, оказывающихся на поверхности катода (покрываемой детали). Первая стадия<br />

осуществляется вследствие перемешивания, электрофоритического переноса, диффузии,<br />

броуновского движения, естественной и искусственной седиментации частиц. На второй<br />

стадии процесса удержание частиц на поверхности происходит под действием электростатических,<br />

адсорбционных или гравитационных сил. При зарастании частицы металлом матрицы<br />

определяющую роль играют скорость роста и структура поверхности растущего осадка.<br />

Количество дисперсных частиц, включающихся в покрытие, сложным образом зависит<br />

от совокупного действия факторов, обуславливающих ход процесса осаждения композиционных<br />

покрытий, а также от природы самих частиц. По своей структуре композиционные<br />

покрытия отличаются равномерным распределением частиц дисперсной фазы в металлической<br />

матрице.<br />

Особый интерес в качестве модификаторов композиционных гальванических покрытий<br />

представляют геоматериалы, которые позволяют одновременно обеспечить комплекс высоких<br />

эксплуатационных характеристик деталей с композиционным покрытием. Дисперсность<br />

первичных микрокристаллитов геоматериала составляет 1–10 мкм. Композиционное покрытие<br />

получают электролитическим осаждением из суспензии, представляющей собой хлористый<br />

электролит с добавкой определенного количества дисперсного наполнителя.<br />

Электролитическое железнение является одним из наиболее распространенных гальванических<br />

процессов. Процесс железнения нашел широкое применение для восстановления<br />

изношенных деталей различного оборудования [2]. По сравнению с хромированием железнение<br />

имеет ряд преимуществ.<br />

1. Скорость осаждения железа значительно выше, чем хрома, так как электрохимический<br />

эквивалент железа (1,042 г/А·ч) примерно в 3 раза больше, чем у хрома (0,324 г/А·ч).<br />

2. Выход по току железа (80–95%) в 3–6 раз выше, чем хрома.<br />

3. Можно получать толстые (более 1 мм) качественные покрытия с высокими механическими<br />

свойствами.<br />

4. исходные материалы для приготовления электролитов недороги и общедоступны.<br />

5. Растворы в экологическом отношении значительно менее вредны, чем при хромировании.<br />

Электролитическое железо обладает сравнительно высокой микротвердостью (1200–<br />

8000 МПа) и износостойкостью. В хлористом электролите можно получать гладкие или пористые<br />

железистые покрытия с микротвердостью 5500–6500 МПа в широком диапазоне<br />

плотностей тока.<br />

С целью улучшения триботехнических свойств электролитического железа актуальной<br />

задачей является разработка процесса нанесения композиционных железо-минеральных покрытий<br />

с применением серпентинита. В зависимости от состава электролита, количества<br />

серпентина и его дисперсности, толщины хромового подслоя и режимов нанесения (температура<br />

электролита, плотность тока) возможно получение композиционного покрытия с различными<br />

заданными свойствами. Применение искусственных гидросиликатов металлов<br />

(аналога серпентина) дисперсностью 3–5 нм позволят получить покрытие с наноструктурой.<br />

При этом возможно создание изделий с уникальным сочетанием свойств, недостижимых при<br />

использовании традиционных конструкционных материалов и стандартных гальванопокрытий.<br />

Наличие серпентина в покрытии позволит повысить износостойкость и уменьшить коэффициент<br />

трения и, соответственно, увеличить ресурс трибосопряжения.<br />

92


Таким образом, композиционные гальванические покрытия открывают огромные возможности<br />

для оптимизации физико-механических и триботехнических параметров материала покрытия<br />

и управления эксплуатационными свойствами поверхностного слоя деталей, обеспечивающими<br />

требуемую долговечность детали и сопряжения в целом, и найдут широчайшее применение<br />

при восстановлении и упрочнении деталей машин, механизмов и оборудования.<br />

Литература<br />

1. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. – М.: Машиностроение,<br />

1991. – 380 с.<br />

2. Левинзон А.М. Электролитическое осаждение металлов подгруппы железа. – Л.: Машиностроение,<br />

1983. – 96 с.<br />

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ ДВС<br />

ПРИ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИИ В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА<br />

«ДИЗЕЛЬ - ТОПЛИВО - МАСЛО - ОЧИСТКА»<br />

Пышный Михаил Григорьевич, Завадский Сергей Александрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />

pyshnyy86@mail.ru<br />

Исследуется влияние форсировки дизеля, качества топлива, эксплуатационных свойств<br />

моторного масла и интенсивности его очистки на изнашивание ДВС. Приводятся данные по рациональному<br />

сочетанию топлива и масел с учетом форсировки дизеля и удельного индекса центрифугирования<br />

моторного масла при которых обеспечивается ресурсосохраняющая эксплуатация<br />

судовых тронковых дизелей на топливах глубокой переработки нефти.<br />

Рациональное сочетание топлив и масел обеспечивает высокую экономичность дизеля, а<br />

также позволяет сохранить при работе на низкосортных мазутах его ресурсные показатели на<br />

уровне использования дизельного топлива. При выборе моторного масла (ММ) необходимо учитывать<br />

как конструктивные особенности, форсировку дизеля, так и качество применяемого топлива.<br />

Цель исследований предусматривала получение количественной оценки износных<br />

свойств унифицированных смазочных масел и разработка рекомендации по их применению в<br />

судовых тронковых дизелях, работающих на разных сортах топлива.<br />

Моторные свойства масла должны соответствовать форсировке дизеля и качеству используемого<br />

топлива. При оптимальном сочетании звеньев комплекса "дизель - топливо -<br />

масло - очистка" (ДТМО) снижается износ двигателя и в целом повышается надежность его<br />

работы.<br />

Оценку износных свойств отработанного масла и продуктов его старения осуществляли на<br />

моторном стенде в дизеле 2Ч10,5/13 (Р е = 14,7 кВт, п д = 25 с -1 ). Испытания проводили согласно<br />

ОСТ 24.060.09-89 при температуре масла 65-70°С на номинальной мощности этапами по 50 ч.<br />

93


Замер скорости изнашивание контролируемых деталей моторной установки осуществляли<br />

взвешиванием по потере их массы за этап испытаний и с помощью метода искусственных<br />

баз (приборы УПОИ-6 и УПОИВ-2). Оценку И проводили по скорости изнашивания<br />

втулок цилиндра, поршневых колец, вкладышей подшипников и шатунных шеек коленчатого<br />

вала двигателя 2Ч10,5/13.<br />

Применяемое топливо существенно влияет на износ дизеля. Оценку его качества задавали<br />

обобщенным показателем К т .<br />

94<br />

Рис.1. Влияние контенцрации присадки в масле (а), качества топлива (б), форсировки ДВС<br />

(в) и эффективности ЦО (г) на изнашивание дизеля<br />

Условия работы масла в дизеле определяются средним эффективным давлением р те дизеля<br />

на основном эксплуатационном режиме работы. Этот показатель косвенно характеризует<br />

механическую нагрузку, действующую в трибосопряжениях двигателя.


На изнашивание дизеля значительное влияние оказывает эффективность очистки ММ. Так<br />

как действие очистителей на состояние ММ зависит не только от их эффективности, но и от<br />

скорости загрязнения масла НРП целесообразно влияние центробежных очистителей (ЦО) на<br />

накопление нерастворимых примесей задавать удельным показателем σ ц , который представляет<br />

отношение индекса производительности центрифуги к скорости загрязнения масла.<br />

Описание обобщенной модели изнашивания ДВС осуществлено полиномом второго<br />

порядка. Для получения модели выбран некомпозиционный план, который при четырех переменных<br />

факторах рациональнее центральных композиционных.<br />

После расчета коэффициентов методом наименьших квадратов, их корректировки и<br />

представлении факторов в натуральном виде модель процесса изнашивания имеет вид:<br />

И = -16,91-1,417с п +42,88К т +122,9р mе -5,16σ ц -12,9с п К т -3,643с п р mе -<br />

0,41c п σ ц +33,12K т p mec -5,55K T σ ц -4,7p me σ ц +0,58c П 2 +144,5K T 2 +0,86σ ц 2 . (1)<br />

Анализ зависимости (1) показывает, что наибольшее влияние на И оказывает факторы<br />

К т и σ ц . Действие с П на износ двигателя проявляется при взаимодействии с фактором К т и отраженного<br />

коэффициентом при квадратичном его члене. Причем, если взаимодействие с<br />

фактором К т и p me увеличивает И, то совместное влияние К т с с П и σ ц снижает.<br />

Повышение концентрации присадок, которые улучшают эксплутационные свойства масла,<br />

уменьшает износ ДВС только до определенного значения с П При высоких концентрациях присадок,<br />

особенно при работе на дистиллятных топливах, износ увеличивается. Чем дефорсированнее<br />

двигатель тем ярче выражена такая тенденция (рис. 1). Это явление можно объяснить особенностями<br />

старения ММ. При низких р те и содержании серы в топливе зольность работающего циркуляционного<br />

масла стабилизируется на высоком уровне, при котором интенсифицируется изнашивание<br />

поршневых колец и цилиндровых втулок.<br />

Исследование функции (1) на экстремум показало, что существует концентрация присадок,<br />

обозначенная c opt , при которой скорость изнашивания минимальна. Оптимальная концентрация<br />

присадок зависит от качества применяемого топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки<br />

масла:<br />

с opt = -1,221 + 11,12К т +3,14p mе + 0,352 σ ц . (2)<br />

Из анализа зависимости (2) следует, что чем хуже топливо, больше форсировка дизеля и менее<br />

эффективна отчистка ММ, тем выше должно быть с opt и следовательно запас эксплуатационных<br />

свойств масла.<br />

Выводы<br />

В результате моторных испытаний с привлечением теории планирования экспериментов установлена<br />

зависимость скорости изнашивания ДВС от концентрации многофункциональных<br />

присадок в масле, качества топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки ММ. Выявлен<br />

экстремум функции И (с п , К T , р me ,, σ ц ), что указывает на необходимость при подборе масел учитывать<br />

форсировку дизеля, качество применяемых топлив, эффективность очистки. Полученная зависимость<br />

c opt от перечисленных выше факторов показывает возможность удовлетворения требований<br />

современных комплексов ДТМ унифицированными ММ с концентрацией присадок MACK и<br />

ПМС в диапазоне 6-24 %.<br />

Литература<br />

1. Перминов, Б.Н. Научно-технические основы эффективного маслоиспользования в судовых тронковых<br />

дизелях / Б.Н. Перминов. - Владивосток: Изд-во мор.гос.ун-та, 2005. - 78 с.<br />

2. Кича, Г.П. Теоретические исследования процесса загрязнения циркуляционного масла в ДВС с комбинированными<br />

системами очистки / Г.П. Кича, П.П. Кича // Двигателестроение. - 1980. - №12. -<br />

С.23−27.<br />

95


НОВЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ<br />

ЭФФЕКТИВНОСТИ МАСЛОИСПОЛЬЗОВАНИЯ<br />

В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ<br />

Пышный Михаил Григорьевич, Кулик Роман Анатолиевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кича Г.П.<br />

В лаборатории химотологии Морского государственного университета им. адм. Г.И.<br />

Невельского был проведен комплекс исследований по совершенствованию смазки судовых<br />

тронковых дизелей средней и повышенной частоты вращения, эксплуатируемых на низкосортных<br />

топливах. Задачей исследования являлось обеспечить ресурсосберегающее маслоиспользование<br />

при работе дизелей на моторном топливе, флотских и топочных мазутах. Обследование<br />

СЭУ теплоходов дальневосточного бассейна показало, что большинство дизелей<br />

до сих пор эксплуатируется при достаточно высоком угаре масла и неэффективной очистке<br />

что не только ограничивает срок службы моторного масла, но и сказывается на состоянии<br />

двигателей. Из-за большого ассортимента горюче-смазочных материалов нередки случат неграмотного<br />

применения топлив и масел. Велики материальные потери от использования в<br />

двигателях внутреннего сгорания (ДВС) масел с низкими эксплуатационными свойствами изза<br />

легирования их морально устаревшими присадками.<br />

Разрабатывалась комплексная система повышения эффективности маслоиспользования<br />

на судах, способствующая рациональному применению и экономии расхода топлив и моторных<br />

масел (ММ) на судах. Решение проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования<br />

вылилось в комплексное повышение эффективности систем смазки (СС) судовых тронковых<br />

дизелей. Были выявлены характерные для существующих схем маслоиспользования противоречия<br />

и предложены методы их разрешения. Так же были проведены исследования по оптимальному<br />

балансу присадок антиокислительных, моюще-диспергирующих, противоизносных<br />

и антикоррозионных, в ММ с учетом перспектив совершенствования масел, очистителей<br />

и ухудшения качества товарных топлив.<br />

По результатам исследования сформулированы принципы и показаны способы полнопоточной<br />

и комбинированной очистки масла, наиболее полно реализующие достоинства<br />

фильтрования и центрифугирования. Предложены методы снижения угара масла регулированием<br />

маслосъемного действия поршневых колец и уменьшением поступления его в камеру<br />

сгорания. Были созданы методы управления качеством масла в эксплуатации, что способствовало<br />

обеспечению наименьшего его расхода масла в ДВС.<br />

Совершенствование маслоиспользования в судовых тронковых дизелях достигнуто за<br />

счет применения ММ с запасом качества, полностью отвечающим требованиям комплекса<br />

«дизель – эксплуатация – топливо – масло – очистка» (ДЭТМО) с хорошо сбалансированными<br />

противоизносными, нейтрализующими и моюще-диспергирующими свойствами. На основе<br />

многофункциональных присадок МАСК и ПМС с добавками сукцинимидов и модификаторов<br />

трения (МТ) разработаны композиции, которые улучшают моюще-диспергирующие<br />

и противоизносные свойства ММ в тяжелых условиях работы, особенно при функционировании<br />

форсированного дизеля с низким угаром и маслообменом.<br />

По результатам имитационного моделирования комплекса ДЭТМО получена зависимость<br />

изнашивания дизеля от его форсировки и качества применяемых топлив и масел. По<br />

ней можно выбрать унифицированное судовое ММ, отвечающее требованиям ДВС. Для дизелей<br />

с p me до 1 МПа при сжигании топлив с показателем качества К т = 0,6–1,2 рационально<br />

применение ММ с концентрацией присадок МАСК и ПМС 6–8 % при соотношении 3:2,<br />

уровне щелочности 6–10 мг КОН/г. При p me = 1–1,5 МПа и К т = 0,6–1,2 рассматриваемые показатели<br />

должны соответствовать 8–13 % и 10–20 мг КОН/г. Если же форсировка по p me равна<br />

1,5–2,2 МПа и К т = 1,3–1,8 наибольший технико-экономический эффект может быть полу-<br />

96


чен при работе на маслах со щелочностью 20–40 мг КОН/г при концентрации многофункциональных<br />

зольных присадок указанного типа 13–24 %.<br />

Моделирование взаимодействия МТ различного механизма действия с многофункциональными<br />

присадками и удаление их агрегатами масло очистки позволило ранжировать модификаторы<br />

по топливо- и ресурсосберегающему действию. Применение МТ приводит к положительному<br />

эффекту по всему спектру эксплуатационных свойств масла, что сказывается<br />

в снижении на 30–60 % износа цилиндровых втулок в верхнем поясе и на 3–12 г/(кВт⋅ч) расхода<br />

топлив, облегчает холодный пуск дизеля и уменьшает потери на трение.<br />

МТ при добавке к ММ не ухудшают их основных свойств, так как усиливают действие<br />

большинства присадок, в том числе многофункциональных, входящих в масла с высокими<br />

эксплуатационными свойствами. Модификаторы "выравнивают" эпюру износа цилиндровых<br />

втулок, стабилизируют угар масла на нижнем уровне в течение длительного периода и способствуют<br />

ресурсосберегающему маслоиспользованию в дизелях.<br />

Для реализации ресурсосберегающего маслоиспользования в судовых форсированных<br />

тронковых дизелях разработаны комбинированные системы тонкой очистки масла (КСТОМ).<br />

Новизна их заключаеться в последовательном соединении двух контуров очистки, использующих<br />

разные по принципу действия и избирательности отсева маслоочистители, а так же<br />

установке для надежной защиты пар трения дизеля от опасных крупных частиц загрязнения<br />

на полном потоке поступаемого в дизель масла фильтра со сменными фильтрующими элементами<br />

(ФЭ) или регенерирующегося типа. Предлагается подключать центробежный очиститель<br />

(ЦО) с напорным сливом в дополнительную магистраль с возможностью поддержания<br />

за счет подпорного клапана высокого давления масла перед соплами гидропривода ротора<br />

и, следовательно, фактора разделения ЦО при работе дизеля по винтовой характеристике.<br />

Подача на фильтр предварительно центрифугированного масла способствует снижению<br />

"грязевой" нагрузки на него и увеличения срока службы ФЭ. Для достижения минимальной<br />

интенсивности старения масла, на центрифуге используеться переливной клапан для автоматического<br />

регулирования потока через ротор. Поддержание постоянного давления ММ перед<br />

его потребителями достигается путем установки на основном насосе дроссельного распределителя<br />

с обратной связью.<br />

Для дизелей с высокой прокачкой масла через СС предложена система его очистки с полнопоточным<br />

саморегенерирующимся фильтром (СРФ) и центрифугой. Особенностью КСТОМ<br />

является подключение ЦО для очистки промывного масла СРФ, дисперсная фаза загрязнений<br />

которого укрупнена и легко отфуговывается. Для повышения регенерирующей способности<br />

фильтра путем снижения гидравлического сопротивления промывного потока центрифуга выполнена<br />

с напорным сливом и имеет автономный подвод масла на гидропривод от места в СС,<br />

где давление жидкости самое высокое.<br />

Разработаны новые научно-технические решения по сокращению в 1,3–2 раза расхода<br />

масла в дизелях путем уменьшения его угара и увеличения срока службы. Предложены конструкции<br />

поршневых колец с повышенным маслосъемным действием. Уточнены браковочные<br />

показатели ММ с учетом условий его использования, форсировки двигателя и качества<br />

применяемого топлива. Получены регрессионные зависимости для расчета значений браковочных<br />

показателей по допустимому срабатыванию многофункциональных присадок Длительными<br />

испытаниями на судах доказана возможность надежной ресурсосохраняющей эксплуатации<br />

тронковых форсированных дизелей при сжигании низкосортных топлив и работе<br />

на унифицированных маслах высокого функционального уровня с угаром 1,2–2 г/(кВт⋅ч).<br />

Разработаны мероприятия по стабилизации угара на низком уровне в течение 8–12 тыс.ч работы<br />

ДВС за счет подбора ММ, отвечающих требованиям системы ДЭТМО, и использования<br />

комбинированных маслоочистительных комплексов.<br />

97


98<br />

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ:<br />

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ<br />

Токликишвили Антонина Григорьевна<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Леонтьев Л.Б.<br />

Toklikishviliggg@mail.ru<br />

Работоспособность двигателя, стабильность его технико-экономических характеристик<br />

в процессе эксплуатации зависят от срока службы и состояния коленчатого вала. Известно,<br />

что значительная часть двигателей эксплуатируется после капитального ремонта основных<br />

деталей. На сегодняшний день проблема качественного восстановления коленчатых валов<br />

судовых дизелей является актуальной. В основном это связанно с их высокими стоимостью и<br />

требованием надежности.<br />

В настоящее время применяют два вида ремонта. Первый из них предполагает получение<br />

припуска из оставшегося материала на поверхности восстанавливаемого элемента самой<br />

детали, для его обработки под один из ближайших ремонтных размеров [1]. Это наиболее<br />

простой и с экономической точки зрения недорогой метод, несмотря на то, что начиная уже<br />

со второго ремонтного размера у коленчатых валов из-за снятия упрочненного слоя металла<br />

интенсивность изнашивания коренных и шатунных шеек возрастает, что резко сокращает<br />

ресурс работы дизеля. Устранить этот недостаток можно путем упрочнения шеек ТВЧ с последующей<br />

финишной обработкой или повторного азотирования, которые имеют свои недостатки,<br />

например, как вредность производства, длительность процесса, высокая энергоемкость<br />

и в некоторых случаях разупрочнение основного материала коленчатого вала.<br />

Вторым способом восстановления коленчатых валов является нанесение покрытий износостойкими<br />

материалами, которые позволяют получать высокую долговечность без применения<br />

термообработки, но имеют низкий предел выносливости.<br />

Электролитические способы нанесения покрытий. Хромирование коленчатых валов с<br />

применением традиционного оборудования имеет ряд недостатков. Прежде всего, это высокая<br />

стоимость, снижение усталостной прочности коленчатого вала, выкрашивание и отслоение<br />

хрома во время работы сопряжения [2]. Процесс не нашел широкого применения.<br />

Железнение коленчатых валов приводит к схватыванию поверхностей. Покрытия, полученные<br />

этим методом очень чувствительны к изменению скорости скольжения поверхностного<br />

трения. При повышении скорости скольжения возрастает коэффициент трения и соответственно<br />

температура околоконтактной зоны. Кроме того, общим для электролитических<br />

покрытий недостатком является наводораживание и, как следствие, последующее интенсивное<br />

изнашивание восстановленной поверхности [3].<br />

Однослойная наплавка под флюсом исследовалась Г.И. Доценко [4]. Для наплавки<br />

применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071 – 81, Св–<br />

12ГС ГОСТ 792 – 67 и другие. Наплавку производили под флюсами АН–348А, ОСЦ–45, АН<br />

– 20 ГОСТ 9087 – 81 без примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома,<br />

ферромарганца, ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения<br />

наплавленного металла мартенситной структуры без пор и трещин. Наплавку производили<br />

при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности<br />

сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности<br />

однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов. Наплавленный<br />

металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры, трещины и<br />

шлаковые включения. Наличие данных дефектов не позволяет рекомендовать этот способ<br />

для широкого применения.<br />

Способ наплавки в среде углекислого газа разработан Г.И. Доценко [4]. Шейки чугунных<br />

коленчатых валов наплавлялись проволокой разных марок, в том числе Нп-2Х13, Св-<br />

12ГС, ОВС, Нп-30ХГСА, Св-08 и другими. Во всех случаях структура наплавленного метал-


ла была неудовлетворительной, в слое имелись поры и трещины. Наименьшее количество<br />

дефектов на поверхности шеек получается при наплавке проволокой Нп-2Х13, наплавленный<br />

металл при этом имеет структуру аустенита с карбидной сеткой и неравномерную по длине<br />

твердость, колеблющуюся от 51 – 60 HRC. Износ шеек чугунных коленчатых валов, наплавленных<br />

в углекислом газе проволокой Нп-2Х13, был больше не наплавленных шеек. Усталостная<br />

прочность при этом способе снижается на 45-50 %. Из-за указанных недостатков такую<br />

наплавку применять нецелесообразно.<br />

Использование комбинированного способа плазменной наплавки (одновременная подача<br />

в сварочную ванну проволоки и порошка) позволяет повысить сопротивление усталости.<br />

Для наплавки галтелей используют порошок ПГ-СР3 или ПГ-СР4 (20-25%) + проволока<br />

Св-15ГСТЮЦА (75-80%) [5]. Наплавочные слои получаются высокого качества, глубина<br />

проплавления не превышает 0,7 мм [5]. Твердость 50–54 HRC [5].<br />

Общим недостатком наплавочных способов восстановления изношенных коленчатых<br />

валов считают значительное термическое воздействие сварочной дуги на деталь, сопровождаемое<br />

ее расплавлением, возникновением остаточных напряжений, деформаций, трещин и,<br />

как следствие, снижением сопротивления усталости [5]. Для снятия остаточных напряжений<br />

возникших в наплавленном слое прибегают к термообработке, в процессе которой очень часто<br />

происходит коробление коленчатого вала. Данный метод нашел широкое применение при<br />

восстановлении коленчатых валов тракторных двигателей [5].<br />

Наиболее перспективным методом восстановления коленчатых валов является плазменное<br />

напыление, благодаря наличию пор и формированию слоистой структуры [5]. Покрытие<br />

выдерживает длительные высокие цикличные нагрузки и перегрузки. Из-за остаточной<br />

пористости покрытие удерживает масло (особенно необходимое при пуске холодного<br />

двигателя), повышает надежность узла и снижает вероятность образования заедания (свободный<br />

графит во время работы выходит на поверхность и выполняет роль дополнительной<br />

твёрдой смазки). Напыление осуществляется порошками ПГ-АН9 и FeCrMo дисперсностью<br />

60-80 мкм [5]. В целях повышения адгезионной прочности прибегают к нанесению подслоя.<br />

В качестве подслоя используют термореагирующий порошок ПТ-Ю5Н [5].<br />

Подводя итоги, следует отметить, что существующая практика восстановления коленчатых<br />

валов может существенно измениться с применением передовых подходов, значительно<br />

повысив качество покрытий. Таким образом, задача повышения долговечности коленчатых<br />

валов судовых дизелей нанесением износостойких покрытий является актуальной и требует<br />

дальнейшего изучения.<br />

Литература<br />

1. Тартаковский Э.Д., Гончаров В.Г., Сапожников В.М. Анализ эффективности существующих методов<br />

ремонта коленчатых валов дизеля 5Д49.<br />

2. Волков Г.С., Картюшкин Э.Н., Гланцева К.М., Хабенко В.Е. Хромирование шеек крупногабаритных<br />

валов // Технология и организация производства. – 1977. – № 3. – С 58-62.<br />

3. Матюшенко В.Я. Износостойкость наводороженных металлов. – в кн.: Исследование водородного<br />

износа. – М.: Наука, 1977. – 133 с.<br />

4. Доценко Г.Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавкой. М., Транспорт.,<br />

1970 г. 56с.<br />

5. Хмелевская В.Б., Леонтьев Л.Б. Повышение надежности судового оборудования технологическими<br />

методами. В 3 т. Т. 3. Восстановление и упрочнение деталей. – Владивосток: Морской государственный<br />

университет; Дальнаука, 2005. - 356 с.<br />

99


К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМАХ ОБРАЗОВАНИЯ<br />

ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ ТОПЛИВА<br />

Щербаков Алексей Георгиевич, Катин Виктор Дмитриевич<br />

Хабаровский институт инфокоммуникаций (филиал) ГОУ ВПО «Сибирский государственный<br />

университет телекоммуникаций и информатики», г. Хабаровск<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Катин В.Д.<br />

Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами является весьма<br />

актуальной проблемой современности. Приоритетное место в решении этой проблемы<br />

принадлежит вопросам защиты атмосферного воздуха. По данным Госкомстата России, от<br />

промышленных предприятий и транспорта в воздушный бассейн городов ежегодно поступает<br />

около 100 млн. тонн загрязняющих веществ, способных оказывать отрицательное влияние<br />

на растительный и животный мир, а также на здоровье населения. В последнее время загрязнение<br />

воздуха практически во всех промышленных регионах нашей страны представляет<br />

прямую угрозу здоровью людей.<br />

Вопрос снижения негативного воздействия на экосистемы напрямую связан с устойчивым<br />

существованием живой природы, а следовательно, и человека как ее пользователя. Современные<br />

масштабы техногенного давления на окружающую среду приняли катастрофические<br />

размеры, поэтому научно обоснованные предложения и технические решения по<br />

уменьшению такого воздействия необходимо причислить к актуальнейшим задачам сегодняшнего<br />

дня.<br />

Предприятия железнодорожного транспорта и нефтепереработки являются крупными<br />

источниками загрязнения атмосферного воздуха. В результате хозяйственной деятельности в<br />

атмосферу поступают такие загрязняющие вещества, как канцерогенные углеводороды, высокотоксичные<br />

оксиды азота, оксид углерода, оксиды серы и другие.<br />

В действующем Федеральном законе РФ «Об охране окружающей среды» особое внимание<br />

обращается на необходимость внедрения технологических процессов и схем на основе<br />

малоотходных технологий, которые бы максимально уменьшили или полностью исключили<br />

загрязнение среды обитания человека. Следует отметить, что загрязнение атмосферного воздуха<br />

связано, прежде всего, со сжиганием различных видов топлива в котельных и печных<br />

установках [1].<br />

При сжигании топлива всегда образуются оксиды азота – наиболее токсичные из всех<br />

компонентов, содержащихся в продуктах горения. Так при полном сжигании газообразного<br />

топлива, не содержащего сернистых соединений в своем составе, в дымовых газах отсутствуют<br />

оксиды серы, сажа, оксид углерода и углеводороды и основными загрязнителями атмосферы<br />

становятся оксиды азота (NO и NO 2 ) [2]. Токсичность продуктов сгорания газообразного<br />

топлива на 92 – 98 % определяются содержанием в них оксидов азота. Причем в результате<br />

реакций в топочной камере образуется в основном оксид азота NO (более 95%), поэтому<br />

при анализе механизмов и условий образования вредных веществ на него и обращают пристальное<br />

внимание ученые всего мира [3, 4].<br />

В зависимости от первоисточников образования в топках колов и печей оксиды азота<br />

разделяют на три группы: термальные NO х ; топливные NO х и фронтальные «быстрые» NO х.<br />

Механизм и условия образования термальных оксидов азота были подробно изучены<br />

отечественными учеными Я.Б. Зельдовичем, П.Н. Садовниковым и Д.А. Франк-Каменецким.<br />

Дальнейшее развитие термическая теория получила в работах Ю.П. Райзера, И.И. Тамма,<br />

Н.Н. Семенова и др. Весомый вклад в теорию и практику изучения образования оксидов азота<br />

внес И.Я. Сигал [1].<br />

Кратко основные выводы термической теории могут быть сформулированы следующим<br />

образом:<br />

1. Образование NO происходит за фронтом пламени в зоне высоких температур по<br />

цепному механизму, формальная кинетика которого выражается уравнениями:<br />

100


O + N 2 ↔ NO + N – 316 кДж;<br />

N + O 2 ↔ NO + O + 136 кДж;<br />

N 2 + O 2 ↔ 2NO – 180 кДж.<br />

2. Выход NO определяется максимальной температурой горения и концентрацией азота<br />

и кислорода в зоне реагирования. Вследствие этого эта теория и получила название<br />

«термической».<br />

3. Концентрация образовавшегося NO не превышает равновесную при максимальной<br />

температуре в зоне реагирования.<br />

4. При наличии свободного кислорода (α > 1) выход NO определяется максимальной<br />

температурой в зоне реакции, при недостатке (α < 1) – кинетикой разложения NO, т.е скоростью<br />

охлаждения продуктов сгорания.<br />

Термическая теория предполагает экспоненциальную зависимость равновесной концентрации<br />

[C NO ] от температуры:<br />

⎛ 21500 ⎞<br />

[ CNO<br />

] = 4.62<br />

CO<br />

C exp ,% об.<br />

2 N ⎜ ⎟<br />

2<br />

−<br />

⎝ RT ⎠<br />

где C O2 , С N2 – концентрация O 2 и N 2 в реакционной зоне, % об., R – универсальная газовая<br />

постоянная, Дж/моль·К; Т – максимальная температура в реакционной зоне, К.<br />

Таким образом, равновесная концентрация оксида азота зависит главным образом от<br />

температуры, экспоненциально возрастая с ее увеличением, а в степени 0,5 – от концентрации<br />

кислорода.<br />

Образование оксида азота заканчивается в факельной зоне топочного устройства котла и<br />

печи. В конвективном газоходе некоторая часть оксида азота (1-2%) окисляется до NO 2 (не более<br />

5%). При выбросе в атмосферу NO, вследствие понижения температуры, переходит в NO 2 .<br />

Топливные оксиды азота образуются через азотосодержащие соединения, которые присутствуют<br />

в жидких и твердых топливах. Содержание химически связанного азота в сырой<br />

нефти – до 0,65%, в мазуте – до 1,4%, в бензине – до 0,07%, в угле – 1,5-2%.<br />

В жидком топливе азот сопутствует тяжелым компонентам и находится в гетероциклических<br />

кольцах пиридина, пиперидина, хинолина, изохинолина и их производных. Азот в топливе,<br />

в основном, входит в состав соединений, легко распадающихся при нагревании и активно<br />

вступающих в реакцию с кислородом.<br />

Предполагается, что азотосодержащие соединения, попадая в зону пламени разлагаются,<br />

образуя такие радикалы, как NH, CN, CH, NCH. Масс-спектроскопический анализ позволил<br />

обнаружить радикалы, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют оксиды азота.<br />

При этом скорость образования NO соизмерима со скоростью горения.<br />

Коэффициент избытка воздуха однозначно влияет на конверсию азота топлива в NO: с<br />

повышением α растет и NO из азота топлива. В конечном счете, кислород является определяющим<br />

фактором в образовании топливного NO. Рециркуляция газов снижает образование<br />

термальных оксидов азота, но заметного влияния на образование топливного NO рециркуляция,<br />

да и другие схемы снижения температуры, не имеют [4].<br />

Накопленный исследователями материал позволяет сделать ряд практических выводов:<br />

1. Конверсия азота топлива в NO происходит во фронте пламени при скорости, соизмеримой<br />

со скоростью реакций горения.<br />

2. Конверсия имеет слабую зависимость от температуры пламени, т.е. с увеличением<br />

температуры она повышается весьма незначительно.<br />

3. Конверсия не зависит от вида азотсодержащего соединения, а определяется содержанием<br />

в нем азота.<br />

4. Конверсия увеличивается с увеличением коэффициента избытка воздуха.<br />

5. Доля топливного NO в суммарном выходе оксидов азота будет тем больше, чем ниже<br />

температура в топке.<br />

Фронтальные или «быстрые» оксиды азота имеют место при сжигании всех видов топлива.<br />

Химически индуцированный механизм синтеза NO близок по своему характеру к ме-<br />

101


ханизму топливного NO, который происходит с участием промежуточных продуктов и радикалов<br />

во фронте пламени. Скорость протекания реакций сопоставима со скоростью горения.<br />

Действия механизма «быстрых» оксидов азота ограничивается фронтом пламени и узкой<br />

зоной, непосредственно прилегающей к нему.<br />

Исследования показывают слабую зависимость «быстрой» NO от температуры и сильную<br />

от избытка воздуха.<br />

На основе проделанного литературного анализа можно сделать следующие выводы:<br />

1. Фронтальные NO образуется в зоне, характеризующей фронт пламени.<br />

2. Время образования соизмеримо с временем реакций горения.<br />

3. Фронтальные NO имеют слабую зависимость от температуры и сильную от избытка<br />

воздуха.<br />

Оксиды азота, обладая высокой токсичностью, способны образовывать еще более токсичные<br />

комплексы, а также способствовать образованию фотохимических туманов (смогов).<br />

Если переход на сжигание «чистых» с точки зрения загрязнения воздушного бассейна топлив<br />

позволяет резко сократить, а иногда полностью ликвидировать все прочие выбросы токсогенов,<br />

то на сокращение оксидов азота это не оказывает существенного влияния. Сказанное<br />

ставит последний в один ряд с такими крупными загрязнителями окружающей среды как оксиды<br />

серы и твердые частицы. В таблице 1 показано влияние NO х на организм человека.<br />

Таблица 1<br />

Концентрации в воздухе токсических веществ, оказывающих вредное воздействие<br />

на организм человека<br />

Длительность и характер действия<br />

Содержание в воздухе, % об.<br />

NO x SO 2 CO<br />

Несколько часов без заметного действия 0,0008 0,0025 0,01<br />

Признаки легкого отравления 0,001 0,005 0,01 – 0,05<br />

Возможно серьезное отравление через 30<br />

минут<br />

0,005 0,008 – 0,015 0,2 – 0,3<br />

Опасно для жизни при кратковременном<br />

воздействии<br />

0,015 0,06 0,5 – 0,8<br />

Оксиды азота, реагирую с атмосферной влагой, образуют азотную кислоту, которая вызывает<br />

повышенную коррозию металлических сооружений и конструкций. NO 2 поглощает<br />

видимый свет и при концентрации около 0,5 мг/м 3 приводит к уменьшению видимости, что<br />

может стать причиной аварий на автомобильном, морском и воздушном транспорте.<br />

Таким образом, изучение и анализ основных факторов, влияющих на образование оксидов<br />

азота, позволяет не только реально наметить приоритетные методы снижения их топках<br />

котлов и печей, но и более обоснованно и достоверно рассчитать выбросы NO х с продуктами<br />

сгорания.<br />

Литература<br />

1. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1998. - 312 с.<br />

2. Лавров Н.В. Процессы горения топлива и защита окружающей среды. - М.: Металлургия, 1991. - 240 с.<br />

3. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. - М.: Энергоатомиздат. 1997, 144 с.<br />

4. Катин В.Д. Защита окружающей среды при эксплуатации печных и котельных установок. - Хабаровск:<br />

ДВГУПС. 2004, 174 с.<br />

102


СЕКЦИЯ 3<br />

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ<br />

СУДОВЫЕ ТУРБОКОМПАУНДНЫЕ СИСТЕМЫ:<br />

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ<br />

И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ<br />

Данилович Антон Петрович<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: д.т.н., профессор Радченко П.М.<br />

Аннотация<br />

В статье проводится анализ технических, экономических и экологических аспектов одной<br />

из энергосберегающих технологий на флоте – турбокомпаундной системы. Дополнительно<br />

рассматривается одно из важнейших требований к системе – бесперебойность электроснабжения.<br />

Настоящий доклад имеет своей целью систематизировать информацию и обобщить зарубежный<br />

опыт применения актуального направления использования «бросовой» теплоты<br />

отработавших газов ГД – турбокомпаундных систем (ТКС).<br />

С увеличением мощности главного двигателя (ГД) и повышением КПД турбокомпрессоров<br />

наддува (ТКН) количество отработавших газов (ОГ) возрастает, и, соответственно,<br />

возникает возможность использования их энергии в дополнительных энергосберегающих<br />

установках – турбокомпаундных системах. Под этим термином понимается совокупность<br />

агрегатов, приводимых во вращение турбинами, использующими энергию отработавших газов<br />

главного двигателя. Потенциальная энергия ОГ главного двигателя утилизируется в механическую<br />

энергию, которая может быть использована на различные нужды судна (выработка<br />

электроэнергии, передача дополнительного вращательного момента на гребной вал).<br />

Предпосылкой для разработки и внедрения ТКС принято считать повышение стоимости<br />

топливо-смазочных материалов на мировом рынке. Кроме того, прогресс в развитии ТКН<br />

позволил увеличить их КПД до 70%, что дало возможность утилизировать избыток ОГ в силовой<br />

газовой турбине [1].<br />

Рис. 1. Зависимость максимальной располагаемой (установленной) мощности силовой<br />

газовой турбины от КПД турбокомпрессора наддува<br />

103


Из рисунка 1 видно, что при КПД турбокомпрессора наддува равном 70 %, мощность<br />

силовой утилизационной газовой турбины составляет 5,0 % N е гд [5].<br />

В зависимости от мощности ГД в состав ТКС может входить одна или несколько силовых<br />

утилизационных газовых турбин (СУГТ). Каждая СУГТ включает в себя: непосредственно<br />

газовую турбину, планетарный редуктор и разобщительную муфту. Схема включения<br />

СУГТ по направлению движения ОГ может быть последовательной (при N е гд < 5000 кВт) и<br />

параллельной (при N е гд > 4000 кВт) [6]. Применение той или иной схемы ТКС (рис. 2) определяется<br />

конкретными условиями проектируемого судна: назначение и характер использования<br />

судна, ожидаемые условия плавания, тип, количество и мощность ГД, тип гребного винта,<br />

уровень электрической и тепловой мощности, направляемой на собственные нужды на<br />

ходу судна и др.<br />

Рис. 2. Схемы судовых турбокомпаундных систем: 1– силовая газовая турбина; 2 –зубчатая передача;<br />

3 – главный двигатель; 4 – турбонагнетатель; 5 – валогенератор; 6 – вспомогательный<br />

дизель; 7 – разобщительная муфта; 8 – утилизационная паровая турбина; 9 – статический преобразователь<br />

частоты тока; 10 – электрическая обратимая валомашина (генератор/двигатель)<br />

Действительная располагаемая мощность СУГТ определяется, естественно, текущим<br />

режимом ГД. Эта зависимость для СУГТ типа PTL фирмы АВВ автономного исполнения<br />

представлена на рис. 3 [7].<br />

Рис. 3. Зависимость располагаемой мощности силовой утилизационной газовой турбины<br />

от текущего режима (развиваемой мощности) главного двигателя<br />

104


Как видно на рис. 3 СУГТ вводят в действие не ранее того, как ГД достигнет режима<br />

50 % нагрузки. В этом режиме СУГТ развивает менее 20 % своей максимальной располагаемой<br />

мощности. При более низких долевых режимах ГД использование СУГТ нерационально,<br />

потому что ОГ содержат значительную долю несгоревших фракций углеводородов. Они оседают<br />

на внутренних поверхностях газового тракта, создавая опасность их возгорания и повышая<br />

расходы на техническое обслуживание.<br />

Обеспечение бесперебойности электроснабжения<br />

И снова обратимся к рис. 2, из которого видно, что ТКС прежде всего рассматривается<br />

как источник электрической энергии (2б, 2в, 2г, 2д, 2е). При любой схеме электроснабжения<br />

судна приоритетной задачей является бесперебойная подача электроэнергии в электросистему<br />

судна надлежащего качества и в необходимом количестве во всем диапазоне изменения статических<br />

нагрузок ГД и электрической сети, а так же при самых неожиданных нештатных ситуациях.<br />

К таким ситуациям относятся неисправности ГД и оборудования УГТГ, а также внезапный<br />

переход в маневренный режим ГД, оборудованного винтом фиксированного шага (ВФШ).<br />

Производственно-технологические процессы в ходовом режиме судна, вызывающие<br />

дефицит электроэнергии в большинстве случаев предсказуемы, и реакцию на них можно запрограммировать.<br />

Образующийся в этих случаях дефицит электроэнергии возможно восполнить<br />

за счет упреждающего ввода на параллельную работу с УГТГ резервного дизельгенератора<br />

(РДГ), либо стабилизированного по частоте тока валогенератора (СВГ). С позиций<br />

достижения максимальной экономичности упреждающий ввод СВГ является более<br />

предпочтительным, а потому и более практикуемым в схемах судовых энергетических установок<br />

(СЭУ) с ТКС [3,7].<br />

Выделим основные алгоритмы и конструктивные меры обеспечения бесперебойности<br />

электроснабжения судна при работе ТКС и поддержания должного качества ЭЭ:<br />

1. Чтобы не допустить дефицита электроэнергии, вызываемого производственно-технологическими<br />

процессами на судне, включая выполнение непредвиденных маневров, в программы<br />

управление ГД, валогенератором и ходовым РДГ следует ввести специальную программу,<br />

координирующую их работу в переходных режимах.<br />

2. Чтобы не допустить перебоев в электропитании, вызванных неисправностями автономного<br />

УГТГ, поддерживающий валогенератор следует постоянно держать подключенным к<br />

ГРЩ в режиме синхронного компенсатора. При возникновении неисправности валогенератор<br />

соединяют с гребным валом, а УГТГ выводят из работы без перерыва электропитания судна.<br />

3. Чтобы не допустить перебоев в электропитании, вызванных неисправностями ГД,<br />

СВГ следует снабдить маховиком (то же и УГТГ). При внезапной остановке ГД валогенератор<br />

отсоединяют от гребного вала, и он продолжает работать в режиме маховичного электрогенератора<br />

в течение времени, пока производят ввод в действие ходового РДГ.<br />

4. Заменить точную синхронизацию ходового РДГ на альтернативные способы синхронизации,<br />

обладающие большей оперативностью.<br />

Отдельно следует рассмотреть меры по сокращению времени пуска и ввода в работу<br />

ходового резервного дизель-генератора. Для повышения надежности запуска РДГ рекомендуется<br />

использовать более надежную стартерную систему пуска и более качественные сорта<br />

топлива, а также объединить систему смазки РДГ с ГД и ввести периодическую операцию<br />

проворачивания в режиме «горячий резерв».<br />

Технико-экономическая эффективность ТКС<br />

Показатели ежегодной экономии топлива зависят от стоимости последнего, эксплуатационного<br />

периода судна в году и мощности ГД в режиме экономического хода. На рис. 4 показана<br />

взаимозависимость указанных параметров [2]. Видно, что при удельной экономии в 5<br />

г/(кВт·ч) и периоде эксплуатации 7200 ч/год (300 дней), при стоимости топлива, например,<br />

300 долл/т может быть сэкономлено 11 долл/год на каждый киловатт мощности ГД. Зная<br />

мощность ГД, можно рассчитать ежегодную экономию.<br />

105


Рис. 4. Ежегодная экономия средств на единицу мощности главного двигателя: слева количество<br />

дней эксплуатации судна в год; справа – колебания стоимости топлива<br />

Эффективность применения ТКС возрастает с увеличением мощности ГД. При этом<br />

сроки окупаемости ТКС в исполнении с комбинированным парогазовым УТГ (рис. 2д) несколько<br />

выше по сравнению с автономным исполнением СУГТ (рис. 2г). Это объясняется<br />

более высокими первоначальными и эксплуатационными расходами на комбинированный<br />

парогазовый УТГ. СУГТ фирмы АВВ типа NTC и PTL в режиме полной мощности ГД развивают<br />

при автономном использовании 4-5 % от его спецификационной мощности, что эквивалентно<br />

повышению КПД малооборотного дизеля с 50 до 52 %. ТКС с комбинированным<br />

парогазовым УТГ экономит 10 % N е гд (3 % – СУГТ и 7 % – УПГТ), что эквивалентно повышению<br />

КПД дизеля до 55 % [7].<br />

Приведенные расчеты не учитывают дополнительных статей экономии, таких как:<br />

– экономии смазочного масла и энергии на работу вспомогательных систем в случае<br />

полной замены дизель-генератора турбокомпаундной системой;<br />

– экономии ресурса ДГ и связанных с этим затрат на реновацию, ремонт и техобслуживание;<br />

– экономия затрат на подготовку топлива и смазочного масла и утилизацию шлама, образовавшегося<br />

после его подготовки.<br />

Экологический аспект применения ТК<br />

Одним из серьезных доводов в пользу ТКС, по мнению ее фирм-разработчиков, является<br />

ужесточение требований международного сообщества к снижению выброса вредных<br />

(NO x , SO x , углеводороды, сажа и др.) и парниковых (CO 2 ) газов. Применение ТКС самым непосредственным<br />

образом снижает негативное влияние судов на окружающую среду. Вопервых,<br />

за счет уменьшения количества сжигаемого топлива (вследствие его экономии) и<br />

снижения общего количества продуктов сгорания. Во-вторых, за счет изменения термодинамических<br />

и термохимических процессов как в камерах сгорания дизелей, обусловленных<br />

включением в выхлопной тракт элементов ТКС, так и на протяжении всего выхлопного<br />

тракта, по которому проходят ОГ. Изменения этих процессов способствуют понижению доли<br />

вредных газов и сажи в продуктах сгорания. Последний эффект будет усиливаться по мере<br />

совершенствования оборудования ТКН и ТКС (в первую очередь, сопловых аппаратов турбин),<br />

средств и программ автоматического управления и контроля ими [8, 9].<br />

Заметим, что понижение содержания сажи в отработавших газах, ожидаемое в результате<br />

опосредованного действия ТКС, повышает пожаробезопасность выхлопного тракта и<br />

снижает затраты энергии и труда экипажа на его очистку.<br />

106<br />

Литература<br />

1. Видуцкий Л. М. Топливные ресурсы и их экономия в зарубежном судостроении // Судостроение. -<br />

1983. - № 2. - С. 27– 31.<br />

2. Видуцкий Л. М. Зарубежная судовая энергетика в 1985 г. // Судостроение. - 1987. - № 4. - С. 21–27.


3. Калинина М. И. Разработка новых схемных решений для привода судовых генераторов // Судостроение.<br />

- 1989. - № 2. - С. 15–17.<br />

4. Турбокомпрессоры серии VTR…4E и силовые газовые турбины серии NTC…4 фирмы АВВ [Текст] :<br />

Рекламный проспект АВВ Turbo System Ltd. / Публикация № СH-Z 20005 89 E. Отпечатано в Бадене,<br />

Швейцария. 8 с.<br />

5. Турбокомпаундная установка // Hansa. - 1985. - № 22. S. 2304–2310.<br />

6. Утилизация энергии части отработавших газов главного двигателя // The Naval Architect. - 1984, VII–<br />

VIII. р. E289–E290.<br />

7. Мarkus Rupp/ Waste heat recovery for lower engine fuel consumption and emissions [Текст]: доклад АВВ<br />

Turbo System Ltd. – Баден, Швейцария. 11 с.<br />

8. Мarkus Rupp/ Waste heat recovery for lower engine fuel consumption and emissions [Текст]: доклад АВВ<br />

Turbo System Ltd. Баден, Швейцария. 11 с.<br />

9. Waste heat systems // MER. - 2007. - May. - p. 44–47.<br />

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ СИСТЕМ СУДОВЫХ<br />

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ (СЭСА)<br />

Папшева Светлана Юрьевна, Горева Татьяна Игоревна<br />

Камчатский государственный технический университет,<br />

г. Петропавловск-Камчатский<br />

Научный руководитель: д.т.н. Пюкке Г.А.<br />

sveta_prepod@mail.ru<br />

Современные СЭСА выполняют различные по сложности и ответственности задачи.<br />

Эти задачи можно классифицировать по значимости последствий их прямого невыполнения<br />

вследствие отказа оборудования. Например, отказы, приводящие к возникновению аварийных<br />

ситуаций, наиболее опасны. Могут возникнуть ситуации, когда своевременное обнаружение<br />

и ремонт возникшей неисправности позволит устранить опасность возникновения<br />

аварийной ситуации. Для многофункциональных систем характерны неисправности вызывающие<br />

только снижение качества ее функционирования. В этом случае в зависимости от<br />

характера последствий, выбирается стратегия ремонтно-эксплуатационного обслуживания<br />

систем СЭСА. Возможности оперативно-ремонтного обслуживания СЭСА, характер их использования<br />

задаются графиком работы системы, определяемым ее назначением. График работы<br />

задает тот или иной показатель надежности. Так, если выполняется техническое обслуживание<br />

(ТО) ЭСА по регламенту, то достаточно знать вероятность безотказной работы системы.<br />

Если же становится существенной длительность простоя на выполнение диагностических<br />

процедур и ремонт, то знание вероятности безотказной работы не достаточно. В такой<br />

ситуации основной интерес представляет распределение простоев, позволяющее вычислить<br />

средние непроизводительные потери. В этом случае, могут оказаться полезными методы<br />

теории массового обслуживания и перевод системы с регламентного ТО на техническое обслуживание<br />

по состоянию [1].<br />

Повышение эффективности диагностирования на 40% достигается при увеличении эксплуатационного<br />

цикла, за счет введения приборного контроля состояния объекта между циклами<br />

ТО. Для систем продолжительного действия, к которым относятся судовые ЭСА, можно<br />

ввести критерий эффективности использования, с целью его дальнейшей оптимизации. В<br />

качестве такого критерия будем использовать величину отношения времени работоспособного<br />

состояния объекта оптимизации к сумме интервалов времени работоспособного<br />

состояния и простоя, вызванного необходимостью проведения аварийных ремонтов или<br />

профилактики.<br />

Задачу планирования профилактического обслуживания можно сформулировать так:<br />

для нерезервированной системы необходимо так выбрать период профилактики t 0 , чтобы<br />

при заданных средних значениях времени аварийного ремонта Т рем и времени профилактики<br />

107


Т проф , эффективность использования L достигла максимума. Стратегия обслуживания состоит<br />

в выборе периода безотказной работы между профилактиками t 0 . Если же отказ наступает до<br />

момента t 0 , то сразу выполняется аварийный ремонт. При произвольном количестве k случайных<br />

величин интервалов работоспособности U k определим среднее время исправной работы<br />

как математическое ожидание М{U}. Через V k обозначим случайную величину времени<br />

вынужденного простоя, включающего либо время аварийного ремонта, либо время планируемой<br />

профилактики.<br />

Проверка работоспособности систем в большинстве случаев сопряжена с выводом на<br />

некоторое время из состояния готовности всего объекта или его части. Это означает, что более<br />

частые проверки приводят к уменьшению суммарного времени, в течение которого система<br />

готова к действию. С другой стороны редкие проверки не обеспечивают необходимого<br />

полного объема диагностической информации, что увеличивает риск возникновения аварийных<br />

ситуаций и снижает готовность системы к работе. В соответствии с существованием<br />

этих противоположных тенденций должен существовать экстремум функции оптимизации,<br />

реализуемый при монотонной вариации параметром λ, тогда при аналитическом описании<br />

задачи, можно найти интервал оптимального времени работоспособности системы. На практике<br />

могут быть выбраны различные стратегии оптимизации процесса эксплуатации. На<br />

рис.1. приведена схема различных вариантов сочетания использования и диагностирования<br />

объектов эксплуатации (ОЭ).<br />

Переход от регулярно-периодического диагностирования к обслуживанию судового<br />

оборудования по текущему состоянию предполагает выбор стратегии с использованием случайно-периодического<br />

диагностирования. На рис. 2. приведена циклограмма функционирования<br />

объекта непрерывного использования. ОЭ находится в рабочем режиме до отказа.<br />

Так как среднее значение длительности пребывания ОЭ в работоспособном состоянии<br />

равно средней наработке до отказа Т р = Т 0 , то в каждом цикле будет иметь место аварийное<br />

восстановление, т. е. Р вос = 1.<br />

Тогда коэффициент готовности равен:<br />

T0 T0<br />

⎛<br />

⎞<br />

Кг<br />

= ∫ Р0() tdt Р0()<br />

tdt+<br />

T<br />

⎜ ∫ вос<br />

⎟<br />

, (1)<br />

0 ⎝ 0<br />

⎠<br />

где T вос – среднее значение длительности простоя ОЭ, обусловленной его восстановлением.<br />

T<br />

0<br />

∫<br />

0<br />

Р () tdt– средняя наработка ОЭ до отказа. Среднее время исправной работы t p за общее<br />

0<br />

время использования Т (включающее периоды исправной работы и восстановления) следует<br />

T0<br />

1<br />

из соотношения: t<br />

p<br />

= Р0<br />

() tdt<br />

T<br />

∫ . При вариации верхним пределом интегрирования Т выражение<br />

соответствует текущему значению коэффициента готовности системы К г (Т).<br />

0<br />

Здесь<br />

108<br />

Рис. 1. Варианты сочетания контроля и эксплуатации устройств судовых<br />

электрических средств автоматизации


Р 0 (t) – вероятность того, что система находится в рабочем состоянии в момент времени t.<br />

Статистическое значение коэффициента готовности за время t определяется соотношением:<br />

* Σ Σ Σ<br />

Кг = tp ( tp + tв<br />

), где t Σ р<br />

– суммарная длительность пребывания системы в работоспособном<br />

состоянии за время t; t Σ в<br />

– суммарная длительность простоя системы, обусловленного<br />

ее восстановлением.<br />

Рис. 2. Циклограмма объекта непрерывного использования<br />

На рис.2. циклограммы использования приняты следующие обозначения: t (i) ν – случайная<br />

величина длительности i– го цикла функционирования системы; t (i) р – случайная величина<br />

длительности пребывания ОЭ в работоспособном состоянии за время t (i) ν , t (i) в – случайная величина<br />

длительности простоя, обусловленная восстановлением работоспособности ОЭ за<br />

время t (i) ν . При оптимизации режима эксплуатации системы, для оценки эффективности использования<br />

ОЭ, необходимо перейти от случайных величин к детерминированным оценкам<br />

временных интервалов (через нахождение средних значений случайных величин). Законы<br />

распределения времени использования ОЭ по назначению и времени восстановления будем<br />

считать экспоненциальным с параметрами λ (интенсивность отказов) и μ (интенсивность<br />

восстановления). Коррекцию численных значений интенсивностей отказов будем выполнять<br />

на основе анализа изоварной модели по данным полученным от объекта эксплуатации [2].<br />

Построение модели регулирования с использованием полученной информации позволяет<br />

выработать методику определения значений интенсивностей восстановления и выработать<br />

рекомендации по режиму эксплуатации ОЭ. Для получения стационарного значения коэффициента<br />

готовности К г обычно используют предельный переход в предположении, что<br />

*<br />

lim K г<br />

= К г<br />

за общее время t имели место m временных циклов длительностью Т 0 контроля<br />

t→∞<br />

работоспособности ОЭ, и n раз ОЭ восстанавливался. Тогда при бесконечном увеличении<br />

числа циклов, используя теорему Бернулли [3], переходят от рассмотрения процесса на интервале<br />

t к рассмотрению процесса в одном цикле длительностью Т 0 . lim P⎜<br />

− p < ε = 1<br />

⎛ m ⎞<br />

t→∞<br />

n<br />

⎟ ,<br />

⎝ ⎠<br />

m<br />

где - статистическая частота появления события, заключающегося в восстановлении ОЭ<br />

n<br />

при реализации m циклов; р– вероятность появления данного события в одном цикле длительностью<br />

Т 0 . Для случая непрерывного диагностирования идеальными техническими<br />

средствами диагностирования объекта непрерывного использования, коэффициент готовности<br />

равен (1).<br />

При неограниченном увеличении времени использования, величина Р 0 (t)dt сходится с<br />

вероятностью единица к отношению математического ожидания случайной величины одного<br />

интервала времени исправного состояния к сумме математических ожиданий интервалов ис-<br />

109


правного состояния и времени простоя. Тогда в установившемся режиме, для простейших<br />

потоков отказов и восстановлений К г = μ / (μ + λ). Соответствующая стохастическая матрица<br />

переходов РР имеет вид:<br />

⎡P11 P12 P13 P14<br />

0 0 0 0 ⎤<br />

⎢<br />

0 P22 0 0 P25 0 P27<br />

0<br />

⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢0 0 P33 0 P35 P36<br />

0 0 ⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

0 0 0 P44 0 P46 P47<br />

0<br />

PP =<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢ 0 0 0 0 P55 0 0 P ⎥<br />

58<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢0 0 0 0 0 P66 0 P58<br />

⎥<br />

⎢<br />

0 0 0 0 0 0 P77P<br />

⎥<br />

⎢<br />

78 ⎥<br />

⎢⎣0 0 0 0 0 0 0 1 ⎥⎦<br />

При заданных значениях времени наработки до отказа: t 1 * = 10 4 ч; t 2 * = 1.25·10 4 ч; t 3 * =<br />

0.8·10 4 ч. интенсивности отказав компонент будут составлять λ 1 = 10 -4 ч -1 ; λ 2 = 0.8·10 -4 ч -1 ; λ 3 =<br />

1.25·10 -4 ч -1 . Соответственно, значения коэффициентов матрица РР при выбранном шаге<br />

дискретизации времени Δt = 10 2 ч, будут составлять:<br />

⎡0,9695 0,0100 0,0080 0,0125 0 0 0 0 ⎤<br />

⎢<br />

0 0,9795 0 0 0,0080 0 0,0125 0<br />

⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢ 0 0 0,9775 0 0,0100 0,0125 0 0 ⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

0 0 0 0,9820 0 0,0080 0,0100 0<br />

РР = ⎢<br />

⎥<br />

⎢ 0 0 0 0 0,9875 0 0 0,0125 ⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢ 0 0 0 0 0 0,9900 0 0,0100⎥<br />

⎢ 0 0 0 0 0 0 0,9920 0,0080⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢⎣<br />

0 0 0 0 0 0 0 1 ⎥⎦<br />

Процесс деградации при отсутствии восстановительных процедур будет определяться<br />

текущими значениями компонент вектора вероятностей состояний.<br />

Р(j) = P(j – 1)*PP.<br />

Исходное состояние будет характеризоваться вектором P(0)<br />

Р(0) = [1 0 0 0 0 0 0 0].<br />

Существование вектора предельных состояний P(t) = (P 1 (t) P 2 (t)…… P n (t)) t при переходе<br />

системы из состояния в состояние, определенного на множестве T = [a, ∞ ), означает, что<br />

с течением времени в системе наступает некоторый стационарный режим (режим насыщения),<br />

проявляющийся в том, что система случайным образом меняет свои состояния, но вероятность<br />

каждого из них уже не зависит от времени. При наступлении режима насыщения<br />

каждое из состояний реализуется с некоторой постоянной вероятностью, соответствующей<br />

среднему относительному времени пребывания системы в данном состоянии. Необходимо<br />

отметить, что приведенная модель и примеры ее реализации отражают общие тенденции развития<br />

процесса деградации систем. Характер этих процессов полностью определяется величинами<br />

коэффициентов стохастической матрицы РР.<br />

Литература<br />

1. Волков И.К., Зуев С.М., Цветкова Г.М. Случайные процессы: Учеб. для втузов / Под ред. В.С. Зарубина,<br />

А.П. Крищенко. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 448 с.<br />

2. Пюкке Г.А., Портнягин Н.Н., Кузнецов С.Е. Диагностирование электрических цепей методом изовар /<br />

Изв. вузов. Электромеханика. 1998. - №1., с.35-40.<br />

3. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятности и её инженерные приложения. Учеб. Пособие для<br />

втузов. 2-е изд., стер. - М.: Высш. Шк., 2000. 480 с.: ил.<br />

110


ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ<br />

Харисов Кирилл Евгеньевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: ст. преподаватель Осокина Е.Б.<br />

kirys777@mail.ru<br />

Во второй половине XX века типовые схемы электродвижения начинают широко применяться<br />

на ледоколах, судах ледового плавания, буровых судах, кабелеукладчиках и пассажирских<br />

судах. В порядке наработки опыта эксплуатации, строятся транспортные и рыболовные<br />

суда с ГЭУ. Но, двойное преобразование химической энергии топлива в механическую,<br />

а затем в электрическую, при относительно небольшом КПД гребных двигателей и генераторов<br />

(0,75-0,85), существенно ограничило область распространения ГЭУ. Их дальнейшее<br />

развитие надолго оказалось связанным с применением в составе ядерных энергетических<br />

установок (ЯЭУ) надводных и подводных судов.<br />

Немаловажным преимуществом современных систем электродвижения стало то, что<br />

использование электрической передачи позволяет использовать в ГЭУ переменного тока с<br />

частотными преобразователями принципиально различные тепловые машины, что значительно<br />

увеличивает маневренность судна. После 1 ноября 2000 г. такие системы получили<br />

наименование IEP - Integrated Electric Propulsion.<br />

Современный этап развития электродвижения на флоте стал возможен благодаря интенсивному<br />

развитию силовой кремниевой электроники. Это позволило довести к.п.д. передачи<br />

электроэнергии от первичного двигателя на винт до 99%. Кроме того, применение тиристорных<br />

преобразователей частоты большой мощности, позволило увеличить диапазон<br />

применения гребных двигателей с пониженной (двойной) частотой вращения и соосных (тянущий+толкающий)<br />

винтов. Т.е. увеличить к.п.д. судовой силовой установки от 15 % до 25%<br />

соответственно.<br />

Гребной электродвигатель двойного (встречного) вращения соосных винтов не имеет<br />

статора в его привычном понимании. Внешний ротор построен по схеме статора синхронной<br />

машины с трехфазной обмоткой переменного тока и консольно закреплен на внутреннем роторе<br />

с многополюсной обмоткой возбуждения постоянного тока. После подачи тока оба ротора<br />

начинают вращаться относительно друг друга.<br />

В настоящее время наиболее оптимальной считается ГЭУ переменного тока с ВФШ и<br />

непосредственным преобразованием частоты с напряжением до 6,3 кВ. На отечественном<br />

флоте такие ГЭУ впервые были применены на ледоколах "Таймыр" и "Вайгач", построенных<br />

на верфи Турку (Финляндия) в 1987, 1988 гг. При этом следует отметить, что использование<br />

ГЭУ не только улучшает виброакустические характеристики СЭУ, но и существенно меняет<br />

структуру электромагнитных полей электрохода. Для высоковольтных ГЭУ это потребовало<br />

кардинального изменения подхода к размещению жилых помещений на судне.<br />

Начиная с 1992 г. в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали широко применяться<br />

винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем (podded drive),<br />

в которых ГЭД вынесен за пределы корпуса судна и размещен в подводной капсуле (коконе)<br />

с высокими гидродинамическими свойствами. Типовые ВРК строятся либо с одним упорным<br />

либо с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. В России наибольшее распространение<br />

получили Финские системы “Азипод” (Azipod - azimuthing podded propulsion system) с<br />

одним упорным винтом и ГЭД мощностью от 1,5 до 4,5 МВт.<br />

Главными достоинствами ВРК являются: - возможность разворота капсулы в горизонтальной<br />

плоскости на 360°, т.е. реверс направления вращения винта на 100%-ной мощности;<br />

- сверхкороткий валопровод и возможность работы винта фиксированного шага на низких<br />

скоростях (до 0.1 от ном.).<br />

ВРК позволяют существенно уменьшить уровень шума и вибрации СЭУ и установить<br />

электроэнергетическое оборудование в труднодоступных для размещения груза местах, что<br />

111


позволяет более рационально использовать объем судна. Наиболее эффективным источником<br />

тока для ВРК является сеть переменного тока, позволяющая не только увеличить надежность<br />

и экономичность ГЭУ, но и использовать для привода винта асинхронные двигатели с<br />

короткозамкнутым ротором, не требующие обслуживания в эксплуатации.<br />

Для улучшения пусковых качеств асинхронного привода часто используются двухклеточные<br />

и глубокопазные роторы специального исполнения. Регулировку частоты вращения<br />

винта в системе Azipod осуществляют с помощью тиристорных преобразователей частоты.<br />

Первый положительный опыт от замены СЭУ с МОД и прямой передачей на винт, на<br />

ГЭУ с единой электростанцией из четырех главных дизель-генераторов с пропульсивным<br />

комплексом "Азипод", был получен на двух танкерах ОАО "Мурманское морское пароходство"<br />

в 1994 г.<br />

В 2004 г был проведен сравнительный анализ эффективности энергетической установки<br />

танкера типа “Астрахань” (дедвейт ок. 20 000 т., МОД-8850 кВт) и аналогичного танкера с<br />

ГЭУ из четырех ГТД контейнерного типа (по 2,5 МВт), работающих на сеть переменного тока<br />

и винторулевого комплекса (ВРК) типа “Азипод”.<br />

Результаты анализа показали, что применение ГЭУ позволило: повысить манёвренность<br />

судна и уменьшить массу пропульсивной установки на 180 тонн, сократив при этом<br />

длину машинного отделения на 5–7 м. и увеличить объём грузовых помещений примерно на<br />

500 куб. метров. Кроме того, за счет возможности вывода из работы отдельных силовых агрегатов,<br />

СЭУ значительно снизила расход топлива и масла, а применение ГТУ позволило отказаться<br />

от практики технического обслуживания ГД СЭУ и перейти на агрегатную замену<br />

блоков СЭУ во время планового ремонта, что привело к сокращению численность машинной<br />

команды.<br />

В последнее время ГЭУ широко применяются на круизных судах, паромах и суда внутреннего<br />

плавания, эксплуатируемые в “особых” районах, например такие как построенный в<br />

2001 г. балтийский паром Тихо Браге (“Tycho Brahе”), с энергетической установкой из 4-х<br />

двухтопливных дизелей Wartsila 6R32 с электрической передачей мощности на винт. Большой<br />

интерес к созданию систем электродвижения надводных судов проявляют и военные<br />

моряки. Так в феврале 2006 г. во Франции вошел в строй первый большой, полностью "дизель-электрический",<br />

транспортно-десантный корабль "Мистраль" (Mistral, L9013, дедвейт<br />

16500 т.) с энергетической установкой из 4 главных дизель-генераторов переменного тока<br />

(Wartsila diesels-alternators) 16V32 мощностью по 6,2 МВт, одного РДГ 18V20 мощностью 3<br />

MВт и двумя ВРК с электродвигателями по 7 МВт.<br />

Для судов с сопоставимым расходом энергии на движение и собственные нужды наиболее<br />

перспективными являются СЭУ с отбором мощности на валогенераторы, в том числе<br />

установки переменного и двойного рода тока. Немаловажное преимущество ГЭУ связывается<br />

с возможностью отказаться от применения сложных в эксплуатации и более дорогих винтов<br />

регулируемого шага.<br />

Не менее интересным представляется подход предложенный фирмой Вяртсиля<br />

(Wartsila, Финляндия) при проектировании СЭУ танкера дедвейтом 16 400 т., построенного в<br />

Китае в 2003. В состав СЭУ входит главный двигатель W6L46 мощностью 6300 кВт (500<br />

об/мин.) и обратимый валогенератор мощностью 1500 кВт. В состав электростанции суммарной<br />

мощностью 2380 кВт: дизель-генератор W6L20 и два W4L20. Редукторный механизм<br />

передачи мощности на винт Wartsila Gear SCV116-SDCT и винт регулируемого шага Wartsila<br />

CP130 (диаметр 5400 мм).<br />

Комбинированная СЭУ обеспечивает следующие режимы работы:<br />

- экономичный ход, скорость судна 14,7 узлов, мощность ГД 5300 кВт (500 об/мин.),<br />

валогенератор работает в режиме отбора мощности, на электростанцию поступает 400 кВт<br />

(1200 об/мин.), на гребной вал передается 4900 кВт (107 об/мин.);<br />

- форсированный ход, скорость судна 16 узлов, мощность ГД 6300 кВт (500 об/мин.),<br />

валогенератор переводится в режим электродвигателя, от электростанции на валогенератор<br />

поступает 700 кВт (1200 об/мин.), на гребной вал передается 7000 кВт (107 об/мин.);<br />

112


- аварийный ход, скорость судна 7-10 узлов, источник мощности только электростанция,<br />

валогенератор переводится в режим электродвигателя, от электростанции на валогенератор<br />

поступает 1500 кВт (1200 об/мин.), на гребной вал передается 1500 кВт (75,2 об/мин.).<br />

В качестве перспективного направления развития электродвижения наибольший интерес<br />

представляет использование эффекта сверхпроводимости, позволяющего создать криогенные<br />

электромеханические установки (генераторы, двигатели) с недоступными в настоящее<br />

время агрегатными мощностями. Использование электрических машин сверхмалых габаритов<br />

позволит высвободить до 15-20 % полезного объёма транспортных судов дедвейтом<br />

в 5-10 тыс. т.<br />

Литература<br />

1. http://www.history.rochester.edu/steam/.<br />

2. http://www.thinkquest.org/index.htm.<br />

113


СЕКЦИЯ 4<br />

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ<br />

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ<br />

С СЕТЕВЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ «MODBUS»<br />

Артамонов Иван Викторович, Королев Александр Николаевич<br />

Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток<br />

Научный руководитель: к.т.н., доцент Сгребнев Н.В.<br />

Современный этап развития систем автоматизации характеризуется широким применением<br />

сетевых технологий на всех уровнях управления, вплоть до самых нижних – уровня<br />

датчиков. Во многих случаях это позволяет значительно удешевить систему по сравнению с<br />

традиционной схемой. Традиционная схема предусматривает подключение аналоговых датчиков<br />

с токовым интерфейсом 4…20 мА (0…20 мА) к входам аналоговых модулей программируемых<br />

логических контроллеров (PLC). Использование сетевых технологий позволяет<br />

отказаться от дорогих аналоговых модулей и подключить большое количество датчиков к<br />

коммуникационному входу контроллера. Простой расчет показывает, что это может быть<br />

дешевле в десятки раз. В настоящее время выпускается довольно много датчиков с цифровым<br />

выходом, в том числе и с встроенными интерфейсами сетевого обмена. Беда в том, что<br />

эти интерфейсы, как правило, несовместимы с коммуникационными возможностями программируемых<br />

логических контроллеров.<br />

Поэтому было принято решение разработать датчик температуры c сетевым интерфейсом,<br />

который можно было бы интегрировать практически в любую систему автоматизации. В<br />

качестве протокола был выбран Modbus, как один из самых распространенных протоколов<br />

обмена PLC. Кроме того, Modbus является открытым протоколом, т. е. фактически любой<br />

желающий может в нём разобраться и включить его в своё «интеллектуальное оборудование».<br />

Простота этого стандарта позволяет легко настраивать взаимосвязь между контроллером<br />

(мастером) и подчинёнными устройствами (датчиками).<br />

Для реализации данного интеллектуального датчика температуры были использованы<br />

следующие элементы:<br />

• Микросхема цифрового датчика температуры TC74 производства Microchip с последовательным<br />

протоколом I2C. По этому протоколу можно счи