автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Новые способы обеспечения безопасного движения судов в большом порту Санкт-Петербурга и на подходах к порту

Паринов Петр Петрович

НОВЫЕ СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОГО ДВИЖЕНИЯ СУДОВ В БОЛЬШОМ ПОРТУ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ И НА ПОДХОДАХ К ПОРТУ

Специальность 05.22.19

«Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ДЕК М

Санкт-Петербург 2010 г.

004616404

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова» (ГМА им. адм. С.О.Макарова)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ершов Андрей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Развозов Сергей Юрьевич; кандидат технических наук, доцент Слатин Кирилл Вадимович

Ведущая организация: Российский морской Регистр Судоходства

Защита состоится «21» декабря 2010 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 223.002.03 ГМА им. адм. С.О. Макарова по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, Косая линия, д. 15а, ауд. 216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГМА им. адм. С.О.Макарова.

Автореферат разослан 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.002.03 кандидат технических наук, доцент

Прокофьев В.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящий момент морской порт Большой порт Санкт-Петербург (БпСПб) представляет собой один из крупнейших и наиболее динамично развивающихся транспортных комплексов России. Создание Морского фасада на Васильевском острове, завершение работ по строительству Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений, проект Морского грузопассажирского логистического комплекса на Канонерском острове, Западный скоростной диаметр, реконструкция Главного фарватера БпСПб - это лишь часть мероприятий, которые направлены на развитие города и порта.

Проблемы обеспечения безопасности судоходства неотъемлемо связаны с основными этапами развития порта. Расширение БпСПб предполагает возрастающий судооборот, включая судопоток крупнотоннажных судов.

БпСПб имеет подходные каналы и фарватеры, которые ограничивают размеры проходящих судов. Часть подходных каналов и фарватеров, вследствие сгонно-иагонных колебаний и других явлений, меняют свой профиль по глубине и ширине, что приводит к необходимости их дноуглубления и расширения для обеспечения безопасного прохода крупнотоннажных судов. На отдельных участках каналов и фарватеров БпСПб имеются каменистые участки и отдельные крупные камни, касание которых днищевой частью судна может привести к повреждениям корпуса и серьезным последствиям для самого судна и окружающей акватории.

Существующие методы проводки крупнотоннажных судов, как правило, основываются на контроле надводной части канала и фарватера с использованием средств навигационного ограждения. Особенности прохода крупнотоннажных судов в БпСПб приводят к необходимости совершенствования методов безопасной проводки судов, которые учитывали бы особенности подводной части канала и ее взаимодействия с подводными элементами корпуса судна.

За последние годы в БпСПб существенно повысилась интенсивность судоходства. В частности число судозаходов увеличилось практически в три раза. Динамика судооборота порта Санкт-Петербург за последние годы представлена на рис.1. В этих условиях стратегическое значение имеет Главный фарватер БпСПб от Кронштадта до закрытой части канала, по которой в настоящее время осуществляется только одностороннее движение крупнотоннажных судов (см. Рис. 2). Реконструкция Главного фарватера предусматривает расширение до 140 м и углубление до отметок, обеспечивающих прохождение судов с осадкой 12,5-13 м. Работы по реконструкции Главного фарватера производятся по специальному проекту, утвержденному Федеральным Агентством морского и речного транспорта. Однако даже эти габариты Главного фарватера не смогут обеспечить безопасное

встречное движение крупнотоннажных судов в соответствии с существующими требованиями.

Вопросы обеспечения безопасного встречного движения крупнотоннажных судов актуальны уже в настоящее время в связи с ростом судооборота и увеличением размеров судов, посещающих БпСПб. Отсутствие встречного движения крупнотоннажных судов по Главному фарватеру, вследствие его недостаточной ширины, приводит к необходимости ожидания освобождения канала. По итогам 2009 года потери от простоя судов в ожидании освобождения канала составили более 10% от общего грузооборота порта или более 5 млн. тонн различных грузов.

Годовой судооборот Большого порта Санкт-Петербург

Годы Рис.1

Простои судов в ожидании освобождения канала приводят к прямым и косвенным материальным убыткам администрации порта и стивидорных компаний (до 1 млн. долларов в сутки по данным 2009 года). Таким образом, нерешенные вопросы обеспечения безопасности движения судов, а также проблемы встречного прохода судов приводят к существенным материальным и временным потерям и становятся препятствием для развития БпСПб.

Цели и задачи исследования

Целью диссертационного исследования является анализ существующих и разработка новых способов обеспечения безопасного движения судов применительно к каналам и фарватерам БпСПб с целью повышения безопасности и увеличения судооборота.

Для решения поставленной цели в работе проведены: • Анализ проблем, возникающих при проходе судов по каналам и фарватерам

морского порта БпСПб;

• Анализ существующих методов решения задач обеспечения безопасного прохода судов по каналам и фарватерам;

• Разработка новых способов обеспечения безопасного прохода судов по каналам и фарватерам с целью повышения безопасности и роста судооборота БпСПб. Объектом исследования являются способы обеспечения и контроля безопасного

прохода судов, включая встречное расхождение крупнотоннажных судов на каналах и фарватерах БпСПб, и решение других задач, связанных с обеспечением безопасности.

Актуальность работы заключается в необходимости повысить безопасность движения судов по каналам и фарватерам БпСПб и увеличить судооборот, включая проход крупнотоннажных судов.

Практическая значимость заключается во внедрении результатов работы в практическую деятельность СУДС и Постов регулирования движения судов (ПРДС) БпСПб, в систему организации прохода судов по каналам и фарватерам Большого порта Санкт-Петербург, а также в возможности использования результатов работы в других устьевых портах Российской Федерации.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырех печатных работах, опубликованных в изданиях, входящих в перечень ВАК.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

• Разработана теория «рамок» безопасного прохода как метода повышения безопасности движения судов на каналах и фарватерах и повышения эффективности организации движения судов;

• С использованием «рамок» безопасного прохода предложены новые способы прогноза и оперативного текущего контроля безопасности прохода крупнотоннажных судов по каналам БпСПб;

• Разработана теория зон безопасного расхождения (ЗБР) как метода обеспечения встречного расхождения и снижения опасности столкновения судов на каналах и фарватерах;

• Произведена оценка и доказана эффективность создания ЗБР на каналах и фарватерах на примере Главного фарватера БпСПб.

Апробация результатов работы Основные результаты диссертационного исследования получили одобрение на научно-методических конференциях, конференциях профессорско-преподавательского состава ГМА им. адм. С.О.Макарова. Структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Материалы диссертационного исследования изложены на 120 страницах, включая 64 рисунка. Список использованных источников составляет 86 наименований.

Краткое содержание работы

В первой главе диссертации рассматриваются существующие методы решения проблем обеспечения безопасности движения судов, включая плавание по каналам и фарватерам, которые могут быть разделены по следующим направлениям.

1.Определение опасности для судна со стороны окружающей акватории.

К этому направлению может быть отнесено большинство работ, связанных с определением навигационных и гидрографических ограничений для движения судна в определенной акватории и т.п. Оно включает в себя научное обоснование и проведение гидрографических, океанографических и других работ. Методы, используемые при решении этих задач, могут быть определены как выявление и обозначение опасностей для судна. Большой вклад в разработку данного направления внесли работы отечественных ученых В.В. Алексеева, П.И. Башмакова, П.И. Красильникова, Г.В.Макарова, К.Б. Мартынова, В.И. Пересыпкина, А.Ф. Смирновского, АЛ.Тезикова, В.В.Томсона, Е.А. Тучкина, И. Е. Шмерлинга и др.

2. Определение положения судна относительно опасности.

Это направление включает целые научные школы, которые внесли большой вклад в решение задач обеспечения безопасности судна. К числу ученых, работавших в этой области, можно отнести Ю. К. Баранова, И.А. Блинова, Б.А. Вульфовича, М. И. Гаврюка, Н.М.Груздева, В.В. Каврайского, В.П.Кожухова, В.Т. Кондрашихина, Н.Д. Коломийчука, Б.И.Красавцева, В.А.Логиновского, В.И.Меньшикова, Ю. А. Пескова, Н.Ю.Рыбалтовского, А.Е. Сазонова, C.B. Смоленцева, К. С. Ухова, Ю.М.Филиппова, А. П. Ющенко и многих других. Методы, используемые при решении этих задач, могут быть условно разделены на следующие направления:

а) обработка результатов измерений навигационных параметров;

б) определение и идентификация ошибок измеряемых параметров;

в) определение погрешностей определения места судна;

г) совершенствование способов обработки навигационной информации для решения задач определения места судна и др.

3. Определение возможностей судна по избежанию опасности.

Это направление может быть разбито на несколько составляющих: разработка математических моделей движения судна при осуществлении различных маневров, разработка экспериментальных методов по определению маневренных характеристик судов, разработка способов идентификации математических моделей по данным маневренных испытаний, разработка информации о маневренных характеристиках движения судна и рекомендаций по осуществлению маневров в различных условиях.

Значительный вклад в развитие этого направления внесли отечественные ученые Н.И. Анисимова, A.A. Арефьев A.M. Басин, В.Г. Бакаев, А.Д. Гофман, С.И.Демин, A.M. Жухлин, С.С. Кургузов, В.М. Лаврентьев, М.М. Лесков, Г.Г. Мартиросов, А.Г.Маковский, В.И. Небеснов A.M. Оганов, Р.Я.Першиц, А.А.Русецкий, Г.В. Соболев, C.B. Сутуло, А. И. Цурбан, Е.Б. Юдин, и др.

В работах Васькова A.C. и Соловьева A.A. впервые была сформулирована методология обеспечения безопасности судна в виде зон навигационной безопасности (ЗНБ), сочетающая в себе основные принципы «ограждения» судна от опасности сближения с опасными изобатами или другими судами путем установления ЗНБ вокруг судна.

Несмотря на очевидный прогресс, современные методы обеспечения и контроля безопасности движения судна не позволяют полноценно использовать сведения о подводной части канала или фарватера, по которому осуществляется движение. В настоящее время эти данные получаются по результатам промеров каналов и фарватеров БпСПб при проведении дноуглубительных операций, а также по данным оперативного контроля глубин канала катерами со специальными эхолотами перед проходом крупнотоннажных пассажирских судов. Современные технологии позволяют передавать полученную информацию как на береговые системы управления движением судов (СУДС), так и непосредственно на само судно.

Существующие методы обеспечения безопасности и контроля положения судов на каналах и фарватерах не учитывают данные об их подводной части и соотношениях между подводной частью канала и подводной частью проходящего судна. Это не дает полноценно использовать имеющуюся информацию для обеспечения безопасности движения судов и не позволяет искать новые возможности для увеличения судооборота.

Решению этих проблем на примере БпСПб посвящена настоящая работа.

Во второй главе рассматриваются новые методы обеспечения безопасности плавания крупнотоннажных судов в порту Санкт-Петербург с использованием «рамок» безопасного прохода. Идея данного предложения состоит в следующем.

Для того чтобы пройти к причалам порта Санкт-Петербург, судно должно от Приемного буя подойти к району Кронштадтских створов, миновать открытую и закрытую части Санкт-Петербургского морского канала (СПб МК), совершить поворот у Лесного мола, пройти по акватории порта мимо стоящих у причалов судов, далее совершить несколько разворотов и подойти к причалам. На каждом из участков подходных каналов или фарватеров СПб МК имеет свои глубины (профиль), которые с течением времени подвергаются изменениям, что требует постоянного промера глубин для обеспечения безопасного движения крупнотоннажных судов (см. Рис.2).

Во время прохода крупнотоннажного судна подводная часть корпуса гидродинамически взаимодействует с подводной частью канала определенного профиля, что приводит к смещению корпуса к стенкам и дну канала вследствие явлений присасывания и проседания. На надводную часть корпуса судна оказывается влияние ветер, который вызывает смещение надводной и подводной частей корпуса судна относительно оси фарватера, что вызывает дополнительное сближение со стенками канала и дополнительное развитие сил гидродинамического взаимодействия на подводной части корпуса судна.

Схема движения судов к причалам порта Санкт-Петербург

В общем случае крупнотоннажному судну для осуществления безопасного прохода по ограниченной по ширине и глубине акватории необходимо определенное водное пространство, которое оно может занять при прохождении различных участков канала. Для каждой части корпуса крупнотоннажного судна необходимое водное пространство может быть представлено в виде «рамки» безопасного прохода (см. Рис.3), которая (для подводной части корпуса судна) должна «уложиться» в существующий на данном участке профиль канала или фарватера (с учетом ограничений по глубине и ширине).

Такая «рамка» безопасного прохода судна может быть определена как необходимое водное пространство для маневрирования и смещения судна, которое может потребоваться ему в определенных условиях плавания при воздействии аэродинамических сил и моментов

на надводную часть корпуса и гидродинамических сил и моментов на подводную часть корпуса судна.

Маневрирование судна при проходе какала или фарватера, а также навигационные ошибки изменяют размеры «рамки» безопасного прохода. Сравнение полученной в результате расчета «рамки» с реальным профилем канала или фарватера на отдельных участках, с учетом дополнительных ограничений, которые накладывают стоящие возле причалов или движущиеся по каналу суда, может давать информацию о безопасности прохода крупнотоннажного судна по конкретным участкам канала в данных условиях.

Максимальная и минимальная ширина рамки безопасного прохода при движении судна на постоянном курсе в условиях ветрового сноса могут быть рассчитаны как (см. Рис.3) i

Illmin = Jv ■ sinq vdt + Blraax + Zmirui + Zminn 0

Штах= ^-зик^Л + Витах + гтахл + гтахл

о ' '

где

LLImin - минимальная ширина рамки безопасного прохода, м;

Штах - максимальная ширина рамки безопасного прохода, м;

Blmax - максимальная ширина подводной части судна, м;

Bumax - максимальная ширина надводной части судна, м;

q, - угол ветрового сноса крупнотоннажного судна при движении по каналу или фарватеру, град.;

t - время осуществления прохода по данному участку канала или фарватера, с;

Zminn, Zmirw - минимальный запас по ширине судна с правого и левого борта для осуществления безопасного прохода судна в пределах рамки, м;

Zmaxn, Zmaxn - максимальный запас по ширине судна с правого борта и левого борта для осуществления безопасного прохода судна в пределах рамки, м.

При наличии постоянного угла дрейфа судна (5 и ошибок определения места расчет ширины рамки конкретной части корпуса судна над или под водой может производиться по следующей зависимости:

Uli = Jv-sinq vdt + Limax-sinp + Bimax -cosP + Zi + 2-M , (2)

0

где

Limax- максимальная длина конкретной части корпуса судна, м;

'Bimax - максимальная ширина конкретной части корпуса, м;

Zi - запас по ширине в конкретной части корпуса, м;

М - радиальная ошибка определения места судна на канале или фарватере, м.

К обоснованию рамки безопасного прохода

«Рамка» подводной части корпуса судна,

необходимая для безопасного прохода канала или фарватера

Профиль канала или фарватера на определенном участке

Ветер, действующий на надводную часть корпуса судна

ВАШ

Гидродинамическое взаимодействие подводной части судна со стенками канала

ггшпл

гпппл

ггтпп

2тахп

Рис.3

Совокупность характерных по высоте судна определяет рамку безопасного прохода. При наличии течения формула (2) для определения рамки характерной ширины судна преобразуется с его учетом.

Для определения параметров «рамки» при изменении режимов движения судна (повороте, удержании на курсе, приближении к стенкам канала или фарватера и т.п.) могут быть использованы общие уравнения движения судна.

Особенностью движения судна по ограниченному по глубине и ширине каналу является то, что все гидродинамические силы и моменты, возникающие на подводной части судна корпуса, должны учитывать влияние мелководья и приближения к стенкам канала. Кроме того, при приближении к правой или левой бровке канала (например, при повороте возле причалов) на корпусе судна развиваются дополнительные силы и моменты, обусловленные взаимодействием волн, созданных корпусом судна, со стенками канала.

Например, математическая модель крупнотоннажного судна после начала гидродинамического взаимодействия с внешней (правой) бровкой канала при левом повороте в канале может быть представлена следующим образом:

-(т+хпхау/афоз^т+х, хар/аоэтр--туактр^-Ха+Ре-Хг=0;

-(т+Х22)(ау/&)51пР+(т+Л22)у^р/Л)со8Р-тушсо5Э--^¿оУЛ^-Укнс+Уг1-Уа+Уг=0;

-(Шбб) аш/Л-126дау/с11)5;пР+(<1(5/с10усо5Р)-Мд-М|шс-Мг+Ма --Уг*1гга=0. (3)

В этих выражениях:

Укнс - поперечная сила на судне, обусловленная гидродинамическим взаимодействием носовой волны корпуса крупнотоннажного судна с (внешней) правой бровкой канала, кН;

Мкнс- момент на судне, обусловленный гидродинамическим взаимодействием носовой корпуса судна с (внешней) правой бровкой канала, кНм;

Уг, Мг - сила и момент силы гидродинамического взаимодействия корпуса со стенками канала, кН;

1гш - отстояние движительно-рулевого комплекса (ДРК) от центра тяжести

судна,м;

I - время,с;

V - скорость движения судна, м/с;

т- масса судка, т;

Хп, Х22 - присоединенная масса жидкости, т;

со - угловая скорость судна, 1 /с;

>.26 - присоединенный статический момент относительно оси 02; - присоединенный момент инерции относительно оси 02;

Ха, Уа, Ма, Xg, Yg, Mg - аэродинамические и гидродинамические силы и моменты на корпусе судна, кН, кНм;

Хп,Уп - поперечные и продольные силы от набрасывания струи гребного винта в случае применения реверса, кН;

Ре - тяга гребного винта ,кН.

Для удобства решения общих уравнений движения судна графические зависимости для гидроаэродинамических коэффициентов, имеющиеся в справочных изданиях, были обработаны, что позволило получить удобные аналитические выражения для коэффициентов, входящих в выражения для соответствующих сил и моментов.

В данной главе произведен анализ и предложены схемы расчета Укнс, Мкнс, а также предложена методика расчета рамок безопасного прохода при движении судна по ограниченному по ширине каналу или фарватеру.

В третьей главе диссертации произведено теоретическое обоснование и определены возможности практического использование зон безопасного расхождения (ЗБР) на каналах и фарватерах.

Проведенный анализ встречного движения судов по каналам БпСПб показал следующее. При существующих длинах и скоростях движения время непосредственного расхождения судов составляет до 60 секунд на дистанции, не превышающей 700 м. Таким образом, непосредственно встречное расхождение судов на канале или фарватере осуществляется за малое время и на незначительной дистанции по сравнению со всей длиной канала. Оставшееся время, когда не осуществляется расхождение со встречным судном, судно движется одиночно в условиях ограниченного по ширине канала или фарватера, который может иметь меньшую ширину, чем требуется для расхождения судов.

В наиболее простом случае, если на канале или фарватере движутся два судна навстречу друг другу, то задача их безопасного расхождения может быть представлена следующим образом (см. Рис. 4):

Расхождение двух встречных судов на канале с использованием зоны безопасного расхождения (ЗБР)

Судно 1

¡335"

Зона безопасного расхождения судов

^ V

Судно 2

"X__

А)

^ V.

СЕЫ>-

Б)

"♦-ССЕПШЬ

-щщ;-.........

~X_^

В)

N

-' «*»-> V-

_рч» * *

Г)

^V

стХЕЖО»

............. ...................-¡щр

X_^

д

^-х

"■¿ррЕСИЗг

к1»

Рис.4

Рассмотрим канал, ширина которого на большей его части обеспечивает безопасное движение лишь одиночного судна в одном направлении (см. Рис. 4 А) ). В середине канала создана специальная зона безопасного расхождения судов (ЗБР), ширина которой позволяет осуществлять безопасное расхождение двух встречных судов. По каналу навстречу друг друту движугся два одиночных судна. Подойдя к ЗБР, каждое из судов изменяет свой курс вправо, выходит на свою сторону канала, чтобы разойтись со встречным судном (см. Рис. 4 Б),В)). После расхождения со встречным судном внутри ЗБР каждое из судов изменяет свой курс влево и возвращается к оси канала (см. Рис. 4 Г)>Д))- После выхода из ЗБР каждое из судов продолжает одиночное движение по каналу в своем направлении (см. Рис. 4Е)). Таким образом, создание зоны безопасного расхождения внутри канала позволило развести два встречных судна без их остановки на ограниченном участке канала в пределах ЗБР. Оставшаяся част», к. шала позволяет осуществлять безопасное движение судна лишь в одностороннем нанчазлении.

На основании приведенного выше примера могут быть сделаны выводы о том, что зоны безопасного расхождения позволяют разводить встречные судна на каналах и фаргатерах без остановки, при этом на оставшейся части канала может быть лишь одностороннее движение.

В данной глзге получены зависимости, по которым могут быть рассчитаны габариты, которые должна иметь ЗБР. Эти зависимости включают в себя математические модели движения судов и расчет параметров зон безопасного расхождения с учетом ошибок па.гигациоккых измерений и безопасных расстояний между судами и бровками канала.

Например, общее выражение для ширины канала для безопасного расхождения встречных судов в системе координат, связанной с осью канала ХОУ, примет следующий вид (см. Рис.5):

Ш- Ьк1+(У 1 0-У1 л)+(У1 п-У 10)+Ь+(У20-У2п)+(У2л-У2,,)+Ьц , (4)

где

Ш - ширина канала, необходимая для безопасного расхождения судов, м;

Ьы - расстояние между крайней точкой судна 1 и бровкой канала, м;

Ь - расстояние между ближайшими точками расходящихся судов, м; —расстояние между крайней точкой судна 2 и бровкой канала, м.

Выражение (4) может быть использовано для определения безопасной ширины ЗБР на канале или фарватере.

Представление встречного движения судна 1 и судна 2 в системе координат ХОУ, связанной с осью канала

Ь,| Ъ Ьк2

Рис.5

В главе 3 определены условия, при которых суда, следующие во встречном направлении на каналах и фарватерах, где созданы ЗБР, будут осуществлять безостановочное движение на веем протяжении канала. Также определены принципы использования ЗБР на существующих каналах и фарватерах, имеющих неравномерную ширину.

Глава 4 посвящена практической реализации и внедрению основных результатов работы в структурах администрации БпСПб. Внедрение основных результатов диссертации нашло отражение в контроле за движением судов и расстановке судов на каналах БпСПб,

Совмещение данных рассчитанной «рамки» безопасного прохода конкретного судна и профиля канала на конкретном участке (система «ДкПорт» ПРДС морского порта Санкт-Петербург)

Рис.7

Использование «рамок» безопасного прохода в работе операторов ПРДС осуществляется в следующей последовательности:

® В соответствии со схемой расчета главы 2 осуществляется расчет параметров

«рамки» безопасного прохода конкретного судна;

• Полученные параметры рассчитанной «рамки» безопасного прохода совмещаются

с базой данных профилей канала на конкретных участках канала или фарватера; ® На основании совмещения данных «рамки» безопасного прохода конкретного

судна и профиля канала на конкретном участке оператором ПРДС принимается решение о безопасности прохода конкретного судна в данных условиях (см. Рис.7).

2). Расстановка судов на каналах Большого порта Санкт-Петербург.

С использованием данных о промерах глубин, и следовательно данных о реальной ширине канала при конкретной глубине, а также уравнений и процедур расчета главы 3, могут быть решены две основные задачи, связанные с расстановкой судов на канале:

• Определены участки канала, на которых может быть осуществлено безопасное и безостановочное расхождение встречных судов;

• По данным движения конкретной пары встречных судов определена следующая информация: приходиться пи место их расхождения на безопасный участок канала или их встречное движение может привести к столкновению или посадке на мель.

Практическая реализация решения данных задач на ПРДС осуществлена при помощи специальной программы с использованием так называемых «зеленых» и «красных» коридоров.

3). Дополнительные возможности использования зон безопасного расхождения для встречной проводки судов по каналам и фарватерам.

Основная идея создания зон безопасного расхождения заключается в том, что необходимая ширина и глубина канала необходимая для безопасного расхождения судов создается не по всей длине канала, а в некоторых, заранее определенных местах, которые известны и ограждены соответствующими навигационными знаками. ЗБР могут также использоваться для решения других задач обеспечения безопасности. Это особенно актуально в местах, где происходит наибольшее скопление судов при движении по каналам и фарватерам.

Дополнительно к основной задаче ЗБР могут быть использованы: ® для временного отстоя судов в ожидании освобождения причалов или подъема

уровня воды в канале;

• для расхождения караванов судов, следующих под проводкой ледокола в зимнее время;

® для отстоя караванов судов в ожидании ледоколов;

• для вывода из зоны основного движения аварийных судов и постановки их на якорь;

• для стоянки судов, занимающихся специальными операциями, в том числе ледоколов в ожидании подхода караванов судов;

® для выполнения других операций с судами.

2). Расстановка судов на каналах Большого порта Санкт-Петербург.

С использованием данных о промерах глубин, и следовательно данных о реальной ширине канала при конкретной глубине, а также уравнений и процедур расчета главы 3, могут быть решены две основные задачи, связанные с расстановкой судов на канале:

• Определены участки канала, на которых может быть осуществлено безопасное и безостановочное расхождение встречных судов;

• По данным движения конкретной пары встречных судов определена следующая информация: приходиться ли место их расхождения на безопасный участок канала или их встречное движение может привести к столкновению или посадке на мель.

Практическая реализация решения данных задач на ПРДС осуществлена при помощи специальной программы с использованием так называемых «зеленых» и «красных» коридоров.

3). Дополнительные возможности использования зон безопасного расхождения для встречной проводки судов по каналам и фарватерам.

Основная идея создания зон безопасного расхождения заключается в том, что необходимая ширина и глубина канала необходимая для безопасного расхождения судов создается не по всей длине канала, а в некоторых, заранее определенных местах, которые известны и ограждены соответствующими навигационными знаками. ЗБР могут также использоваться для решения других задач обеспечения безопасности. Это особенно актуально в местах, где происходит наибольшее скопление судов при движении по каналам и фарватерам.

Дополнительно к основной задаче ЗБР могут быть использованы:

• для временного отстоя судов в ожидании освобождения причалов или подъема уровня воды в канале;

• для расхождения караванов судов, следующих под проводкой ледокола в зимнее время;

• для отстоя караванов судов в ожидании ледоколов;

• для вывода из зоны основного движения аварийных судов и постановки их на якорь;

• для стоянки судов, занимающихся специальными операциями, в том числе ледоколов в ожидании подхода караванов судов;

• для выполнения других операций с судами.

Стоянка крупнотоннажного судна в зоне безопасного расхождения в ожидании освобождения причала (изменения погодных условий, подъема уровня воды и т.п.)

Пример использования зоны безопасного расхождения для стоянки крупнотоннажного судна приведен на рис. 8.

4) Определение параметров ЗБР.

В главе 4 определение параметров (длины и ширины) зон безопасного расхождения предлагается проводить в зависимости от назначения конкретных ЗБР.

В данной главе диссертационной работы предлагаются следующие методики:

• Определение параметров ЗБР, предназначенной для расхождения крупнотоннажных судов и/или пассажирских лайнеров;

• Определение параметров ЗБР, предназначенной для остановки одного судна в ожидании прохода другого судна;

• Определение параметров ЗБР, используемой для разведения двух караванов судов, следующих под проводкой ледокола.

Например, определение параметров зоны безопасного расхождения с учетом возможности ее использования для остановки одного судна в ожидании прохода другого судна или освобождения причала (см. Рис.8) могут быть использованы следующие положения.

Перед постановкой на якорь в зоне безопасного расхождения судно должно быть остановлено маневром на «Стоп» и «Задний ход». При этом для избежания разворота

поперек зоны безопасного расхождения судно должно быть управляемо до момента непосредственной постановки на якорь. Как известно, судно имеет возможность сохранять определенную управляемость при торможении, близком к параметрам свободного торможения судна (параметрам инерционного выбега при торможении на «Стоп»),

При определении параметров инерционного выбега при торможении на «Стоп» могут быть использованы следующие зависимости. На этапе работы гребного винта в режиме гидротурбины при торможении на «Стоп»:

81=0,5- 8о-1п((Ун2+ Уо2(|Ре|/Яо))/(У2+ Уо2(|Ре|/Яо)); (5)

Ре<0.

На этапе торможения застопоренным гребным винтом при торможении на «Стоп»: Э2= 8о-1п( 1 /V-1 /V1)/(1 +ЕВТ) ; (6)

е.т=Я»т(У)/К(У).

Длина зоны безопасного расхождения определиться как: Ь^г^ (7)

В этих выражениях:

Ш]=т(1+кц) - масса судна с учетом присоединенных масс,т

Ун - скорость судна до начала маневра, м/с;

Уо - скорость полного хода, м/с;

Яо - сопротивление корпуса судна на скорости Уо, кН;

Эо= (т, Уо2)/Ко;

Ре - тяга гребного винта, кН.

В данной главе определены параметры зон безопасного расхождения, которые в зависимости от характеристик судов и назначения ЗБР (расхождение, разведение крупнотоннажных судов, разведение караванов судов и т.п.), могут иметь следующие величины:

ширина зоны безопасного расхождения может колебаться от 180 до 300 м;

длина зоны безопасного расхождения составляет от 3000 до 7000 м (см. Рис.9).

Параметры ЗБР в зависимости от их назначения

Рис.9

5) Оценка экономической эффективности создания ЗБР по сравнению с расширением канала или фарватера по всей длине.

В главе 4 разработана методика оценки экономии средств при создании ЗБР по сравнению с дноуглублением по всей длине канала или фарватера. Показано, что только для Санкт-Петербургского морского канала экономия средств может превысить 35 млн. долларов США.

6) Наиболее удобные места для создания зон безопасного расхождения.

В главе 4 также определены наиболее удобные места для создания зон безопасного расхождения на каналах БпСПб (см. Рис.10).

Предлагаемые места для создания ЗБР на каналах БпСПб

Рис. 10

На основании анализа существующего профиля каналов установлено, что на акваториях БпСПб наиболее удобными местами для создания ЗБР судов являются: пересечение Санкт-Петербургского морского канала и Петровского фарватера, пересечение Петровского и Корабельного фарватеров, пересечение Северной трассы и Корабельного фарватера, пересечение Северной трассы и Санкт-Петербургского Морского канала (Рис.10).

Основные результаты диссертационной работы

В диссертационной работе предложены новые способы обеспечения безопасности движения судов в БпСПб - «рамки» безопасного прохода и зоны безопасного расхождения судов.

В диссертационном исследовании:

» Разработаны теоретические основы и предложены варианты практического

использования «рамок» безопасного прохода на каналах и фарватерах БпСПб.

• Разработаны теоретические основы и предложены варианты практического

использования зон безопасного расхождения на каналах и фарватерах БпСПб.

Получены следующие результаты:

В отношении «рамок» безопасного прохода.

1. Разработана теория «рамок» безопасного прохода как метода повышения безопасности и эффективности контроля движения судов на каналах и фарватерах.

2. Получены теоретические условия безопасного движения судов по каналам и фарватерам с использованием «рамок» безопасного прохода.

3. С использованием «рамок» безопасного прохода предложены новые способы прогноза и оперативного текущего контроля безопасности прохода крупнотоннажных судов по всем участкам канала

4. Предложено и практически осуществлено использование «рамок» безопасного прохода для безопасной проводки судов по каналам и фарватерам Большого порта Санкт-Петербург в работе СУДС и ПРДС.

В отношении зон безопасного расхождения:

5. Разработана теория зон безопасного расхождения (ЗБР) как метода снижения опасности столкновения судов на каналах и фарватерах и повышения эффективности организации движения судов.

6. Получены теоретические условия безостановочного движения судов по каналам и фарватерам с использованием ЗБР. Предложено и практически осуществлено использование принципов ЗБР для встречной проводки судов по каналам и фарватерам, имеющим неравномерную ширину для Санкт-Петербургского морского канала.

7. Определены дополнительные возможности использования ЗБР для обеспечения безопасности встречной проводки судов по каналам и фарватерам.

8. Предложена методика определения и получены численные параметры ЗБР в зависимости от назначения и характеристик судов, следующих по каналу или фарватеру.

9. Произведена оценка и доказана эффективность создания ЗБР на каналах и фарватерах на примере Санкт-Петербургского морского канала.

10. Определена экономическая эффективность создания ЗБР по сравнению с дноуглублением канала по всей ширине,

11. Предложены места создания ЗБР на Санкт-Петербургском морском канале.

По теме диссертации опубликованы следующие работы в изданиях, входящих в

перечень ВАК:

1. Паринов, П.П.Обеспечение безопасности судоходства в Большом порту Санкт-Петербург / П.П. Паринов, А.А. Ершов// Морской флот. - 2008 - № 3 - С. 28 - 31.

2. Паринов, П.П. Обоснование зон безопасного расхождения в порту Санкт-Петербург.// Эксплуатация морского транспорта - 2009. - № 3(57). - С. 30 - 33.

3. Паринов, П.П. Способ контроля безопасности движения крупнотоннажных судов в порту Санкт-Петербург. // Эксплуатация морского транспорта. - 2009. - № 4(58). - С. 22 -24.

4. Паринов, П.П. Оценка экономической эффективности создания зон безопасного расхождения на каналах и фарватерах.// Эксплуатация морского транспорта. - 2010. - № 2 (60).-С. 43 - 45.

ГМА им. адм. С.О. Макарова Заказ № 325 от 15.11.2010. Усл. печ. л. -Тираж 100 экз. Формат 60x84/16

1,5

Глава 1. Состояние вопроса и постановка проблем диссертации.

Глава 2. Новые методы обеспечения безопасности плавания крупнотоннажных судов в порту Санкт-Петербург.

2.1 Анализ движения крупнотоннажных судов в порту Санкт-Петербург.

2.2. Расчет «рамки» безопасного движения крупнотоннажного судна в относительных координатах, связанных с характеристиками канала.

2.3. Расчет увеличения рамки безопасного прохода при появлении крена судна.

2.4. Расчет параметров рамки безопасного прохода в общем случае.

2.5 Анализ гидродинамических и аэродинамических составляющих, входящих в уравнения для расчета рамки безопасного прохода крупнотоннажного судна по зависимостям (2.8)-(2.11).

2.6. Анализ дополнительных гидродинамических составляющих, входящих в уравнения для расчета рамки безопасного прохода крупнотоннажного судна по зависимостям (2.8)-(2.11).

2.7. Итоговые уравнения для расчета рамки безопасного прохода крупнотоннажного судна по ограниченному по ширине каналу или фарватеру

Глава 3. Теоретическое обоснование и практическое использование зон безопасного расхождения на каналах и фарватерах.

3.1. Необходимая ширина канала для безопасного расхождения судов.

3.2. Обоснование зон безопасного расхождения судов на каналах и фарватерах.

3.3 Условия, при которых обеспечивается безостановочное движение судов по каналам и фарватерам с использованием зон безопасного расхождения.

3.4 Использование принципов зон безопасного расхождения для встречной проводки судов по каналам и фарватерам, имеющим неравномерную ширину

Глава 4. Практическая реализация основных результатов работы в

Большом порту Санкт-Петербург.

4.1 Контроль за движением судов на каналах Большого порта Санкт-Петербург

4.2. Расстановка судов на каналах Большого порта Санкт-Петербург.

4.3. Дополнительные возможности использования зон безопасного расхождения для встречной проводки судов по каналам и фарватерам.

4.4. Определение параметров зоны безопасного расхождения судов.

4.5.Оценка экономической эффективности создания зон безопасного расхождения на каналах и фарватерах.

Выводы по результатам работы.