автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Обоснование и разработка новых технических решений по судам смешанного плавания

/

■ $9-5~/ - 4-

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СУДОВ "ВЫМПЕЛ"

На правах рукописи

ЛОБАСТОВ Валерий Павлович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СУДАМ СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.08.03 - ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ СУДОВ

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 1998 год

v V уГ

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор В.А. Зуев кандидат технических наук, доцент A.M. Фролов ОАО "Астраханское центральное конструкторское бюро"

Защита состоится

fcf" дема

1998 г. в

часов на

заседании диссертационного Совета К 116.03.01 при Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: б03600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, ауд. Я

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Волжской государственной академии водного транспорта.

Диссертация в

" Н0Я0 р<Я 1998 г-

виде

научного

доклада

разослана

Отзывы на диссертацию в виде научного доклада в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного Совета.

и/С - $9

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент —/

А.А. Кеслер

/ " /

/ ... - _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Речной транспорт России, являющийся составной частью транспортного комплекса, исторически занимал одно из ведущих мест в обслуживании крупных промышленных центров страны.

Важное место принадлежит речному транспорту и во внешнеторговых связях России. Ежегодно судами смешанного "река- море" плавания перевозятся грузы в более 600 портов 30 стран Европы, Азии, Африки и Японии.

Преимущества судов смешанного плавания оказались .настолько существенными, что несмотря на падение объема перевозок за последние пять лет речным транспортом в 4 раза, морским транспортом - почти в 1,5 раза, объемы загранперевозок судами смешанного плавания за тот же период возросли на 15 % Однако, сложившиеся структура флота и архитектурно-конструктивные решения эксплуатирующихся судов практически исчерпали возможности существенного повышения эффективности работы судов внутреннего и смешанного плавания.

В этих условиях поиск технических и технологических решений, позволяющих существенно снизить затраты отечественных судоходных компаний на приобретение судов рассматриваемого класса и их эксплуатацию, является одним из главных путей завоевания рынка, а на первом этапе - его удержания.

К таким перспективным решениям, позволяющим осуществлять внешнеторговые перевозки с издержками, значительно меньшими, чем обеспечивают традиционные суда смешанного плавания, прежде всего относятся: совершенствование конструкций судов в направлении создания флота смешанного плавания повышенной грузоподъемности; создание прогрессивной транспортно-технологической системы на основе использования толкаемых составов смешанного плавания.

Таким образом, вопросы обоснования и разработки новых проектно-тех-нических решений в направлении повышения конкурентноспособности судов смешанного плавания являются весьма актуальными.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Целью диссертационной работы является:

повышение технологичности, улучшение основных эксплуатационных характеристик грузовых судов смешанного "река-море" плавания и создание методических основ проектирования толкаемых составов смешанного плавания. ...

Для достижения поставленной цели потребовалось решить совокупность следующих основных задач:

выполнить исследования и разработать конструктивные мероприятия, связанные с наиболее рациональными решениями по материалоемкости, технологичности, коэффициенту утилизации, и разработать на их базе проекты буксирных, несамоходных и самоходных судов ( в первую очередь, нефтеналивных );

выявить и проанализировать специфические особенности толкаемых составов смешанного плавания;

разработать основные принципы формирования типоразмерного ряда несамоходных секций толкаемых составов смешанного плавания с учетом их специфических особенностей эксплуатации в реке и выбора главных размерений грузовой и энергетической секций состава;

создать методологию системного подхода к проектированию толкаемых составов смешанного плавания, включающую: выбор сцепного устройства и места расположения его по длине состава, принципы компоновки и выбор архитектурно-конструктивного типа;

произвести по материалам модельных, полунатурных и натурных испытаний анализ экспериментальных и расчетных данных по определению усилий в сцепе и дополнительного изгибающего момента в корпусе баржи толкаемого состава смешанного плавания;

выявить основные особенности формирования обводов корпусов грузовой и энергетической секций состава;

разработать уточнения к нормативным требованиям по расчетам остойчивости толкаемого состава смешанного плавания при плавании на тихой воде и на волнении.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

При выполнении диссертационной работы был использован системный анализ данных, полученных при проведении экспериментальных исследований на базе модельных и полунатурных испытаний, в которых автор принимал участие как исполнитель работ по теме и как технический руководитель экспериментов. Обоснование типо-размерного ряда модульных секций выполнено на основе математического моделирования и решения задачи оптимизации элементов и характеристик этих судов. При формировании по результатам экспериментальных исследований нормативных требований и практических рекомендаций по проектированию судов и толкаемых составов смешанного плавания использованы основополагающие труды ведущих ученых в области проектирования В.В. Ашика, A.B. Бронникова, Н.К. Дормидонтова, Л.М. Ногида, В.М. Панина и др.

Был произведен также анализ имеющихся экспериментальных данных по качке, волновым нагрузкам, ходкости и мореходности толкаемых составов на морском волнении, полученных специалистами ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, ЦКИИМФа, ЛКИ, ЛИВТа, НПО "Судостроение", НПО "Судоремонт", а также выполнен анализ трудов ведущих ученых в области теории корабля, строительной механики, проектирования и конструкции корпуса, посвятивших свои работы толкаемым составам: Г.А. Алчуджана, В.В. Ашика, Ю.Л. Беляка, Б.В. Богданова, Г.И. Ваганова, В.И. Горбунова, В.Б. Жинкина, A.B. Крулева, Е.В. Лабзина, Ю.А. Нецветаева, В.Г. Павленко, Д.М. Ростовцева, Н.Ф. Сторожева, A.M. Фролова, В.Н. Шаца, С. Накамуры, Флетчера и др.

НОВЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Разработаны новые конструктивно-технические решения, которые нашли отражение при создании базовых проектов судов нового конструктивного исполнения, и защищены свидетельствами на промышленный образец.

Выявлены специфические особенности толкаемых составов смешанного плавания и исследовано влияние их проектных характеристик на параметры качки, волновые нагрузки, сопротивление движению.

Разработаны рекомендации по выбору главных размерений секций состава, нормативные требования по соотношению их главных размерений, взаимосвязи расчетной длины и осадки.

Разработаны рекомендации по выбору архитектурно-конструктивного типа секций состава и принципам их компоновки.

Обоснована практическая методика расчета усилий в сцепном устройстве толкаемых составов смешанного плавания.

Определены основные особенности формирования обводов корпусов секций состава.

Разработаны рекомендации по дополнительным условиям к расчетам остойчивости состава на тихой воде и на волнении.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Практическая ценность заключается в разработке проектно-технических решений по судам типа "река-море" нового конструктивного исполнения и в решении основных вопросов создания прогрессивной транспортно-технологической системы на основе использования толкаемых составов смешанного плавания.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Основные результаты работы внедрены в процессе проектирования и постройки судов проектов М16801, КН16801, 16802, М16802, 16803, С07521, 14891, 00200, 00470, а также толкаемого состава смешанного плавания на базе проектов 16806, 14506.

Реализация в проектах 16806 и 14506 рекомендаций и требований, сформированных по результатам исследований и модельных испытаний, позволила создать первый российский толкаемый состав смешанного плавания, успешно зарекомендовавший себя в течение двухлетней навигации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

По материалам работы автором сделано более 25 докладов, в том числе: на конференциях НТО им. акад. А.Н. Крылова "Очередные задачи в развитии судов внутреннего и смешанного плавания" - 1982, 1983 г., г. Горький;

на III научно-технической конференции "Алферьевские чтения" - 28-29. ноября 1990 года, г. Н.Новгород;

На Научно-техническом Совете речного транспорта Минтранса РФ - 11 февраля 1997 года, г. Москва;

на Научно-технических советах Минречфлота РСФСР и Минсудпрома СССР при рассмотрении технических проектов судов: буксира-толкача проекта 07520, буксира проекта 07521, нефтеналивной баржи проекта 16802, составного нефтеналивного судна проекта 14890, танкера проекта 14891 - 1980 - 1992 г. Москва;

на Техническом совете Восточно-Сибирского речного пароходства при рассмотрении предложений по типу судов для перевозки леса по оз. Байкал -1986 г., г. Иркутск;

на Технических советах пароходств ( Ленского объединенного, Западно-Сибирского и Обь-Иртышского ) при рассмотрении технических предложений и перспективных работ по созданию типоразмерного ряда буксирных теплоходов мощностью 440 - 660 кВт на основе базового проекта 17415 - 1988 г., г. Тюмень, Новосибирск, Якутск;

на Техническом совете Енисейского пароходства при рассмотрении технического проекта сцепного устройства для судов смешанного плавания -

1989 г., г. Красноярск;

на Техническом совете Ленского объединенного речного пароходства при рассмотрении вопросов проектирования и строительства несамоходного флота для Лены - 1990 г., г. Якутск;

на Технических советах пароходств ( Волжского объединенного, Камского, Волго-Донского, Московского ) при рассмотрении технического задания на проектирование несамоходных судов оптимального типоразмерного ряда для рек Европейского бассейна, формируемых на базе модульных концепций -

1990 г., г. Горький, Пермь, Ростов-на-Дону, Москва;

на Техническом совете пароходства "Волготанкер" при участии в тендере и рассмотрении, утверждении проекта 00206 "Танкера смешанного "река-море" плавания дедвейтом 4000/ 6550 т" - 1994 г., г. Самара.

Основные результаты проведенных исследований докладывались: на региональном совещании представителей пароходств Минречфлота и Минсудпрома при рассмотрении предложений "О создании толкаемого флота для рек Сибири и формировании плана Тюменского судостроительного завода на XIII пятилетку" - 1989 г., г. Тюмень

Макеты и фотографии по новым судам, разработанным с участием автора, экспонировались на международных выставках: "Река - 95", "Река - 96", "Река-98", "Нева - 95".

ПУБЛИКАЦИИ

Основные научные результаты, полученные автором, изложены в 19-ти публикациях, в том числе в 9-ти статьях и 10-ти авторских свидетельствах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ВВЕДЕНИЕ

Варианты транспортных систем для перевозки грузов в смешанном "река-море" сообщении, используемые в отечественном и зарубежном флоте, включают самоходные суда, толкаемые составы смешанного плавания ( ТССП ), суда барже-возы, лихтерные системы, буксируемые составы.

Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки и при определенных условиях эксплуатации может оказаться наиболее эффективной.

По результатам исследований, обоснований и разработки технических решений по судам типа "река-море" [ 8 ] приоритетное направление отдается самоходным судам нового конструктивного исполнения и толкаемым составам смешанного плавания.

Именно этим вопросам и посвящается научный доклад по теме диссертации, в который включены разделы:

разработка проектно-технических решений по совершенствованию конструкций судов смешанного "река-море" плавания;

исследования особенностей проектирования ТССП.

1. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ СМЕШАННОГО "РЕКА-МОРЕ' ПЛАВАНИЯ

Самоходные суда смешанного плавания

Основными направлениями развития мирового судоходства и судостроения являются:

дальнейшее совершенствование транспортно-технологических систем по доставке сухих и жидких сырьевых грузов с расширением строительства танкеров, судов-газовозов и судов-химовозов;

дальнейшее расширение контейнеризации перевозимых грузов ( вплоть до малых партий навалочных и наливных грузов ) и интенсивное строительство специализированных контейнеровозов, многоцелевых судов и судов с горизонтальной грузообработкой.

Эти направления являются характерными и для российского флота, хотя в его развитии будут наблюдаться определенные специфические особенности [ 8 ]. Принципиальные изменения касаются, в первую очередь, расширения района плавания, конструктивного исполнения судна, повышения грузоподъемности.

В дополнение к мелкосидящим транспортным судам смешанного плавания класса "М-СП" и "II СП" потребуются суда для расширенного района плавания -I ограниченного и неограниченного ( что будет диктоваться технологическим циклом промышленного производства перевозимого груза ).

Примером реализации данного направления являются суда проектов

00200 [ 8, 18 ], 00206 и В00206 [ 8 ], разработанных в ОАО КБ "Вымпел" ( главный конструктор проектов В.П.Лобастов ).

Эти суда вследствие специфических особенностей ( повышенный стандарт прочности ) имеют более высокую строительную стоимость в сравнении с обычными судами смешанного плавания; затраты на их содержание также выше.

К конструктивным решениям, обоснованным в ходе проектных исследований, реализованных на судах данной серии, следует отнести:

одновальную энергетическую установку;

формирование безнаборных грузовых танков за счет применения гофрированных продольных и поперечных переборок, палубы с набором, развернутым наружу;

отказ от традиционного насосного отделения грузовой системы и применение стационарных погружных грузовых насосов в танках;

уменьшение объема резервирования механизмов и оборудования на судне;

сокращение численности экипажа;

внедрение автоматизированной системы управления и контроля техническими средствами судна ( АСУ ТС ) и др.

Однако, хотя при реализации данных решений было достигнуто снижение капитальных затрат, эксплуатационные затраты практически не снизились в связи с ограничениями длины судна до 125 м по условиям ходкости и управляемости судов с одновальной установкой. При такой длине судна 'один из главных факторов снижения эксплуатационных раходов: увеличение грузоподъемности в реке остался не реализованным.

Выполненные исследования наметили пути решения данной проблемы: в части ходкости - обеспечение малых скоростей движения за счет применения редуктора ГД с переменным передаточным отношением, а резервирование хода судна с помощью подруливающего устройства водометного типа; повышение маневренных качеств, особенно для судов с длиной более 125 м, - за счет использования: нетрадиционного подхода к формированию движительно-рулевого комплекса, например , применения винто-рулевых колонок и подруливающего устройства водометного типа [ 7, 8 ].

Одним из главных направлений снижения эксплуатационных расходов судов смешанного плавания является увеличение грузоподъемности судна в реке.

Известно, что при эксплуатации в речных условиях увеличение грузоподъемности судна лимитируется условиями судового хода, ограничениями шлюзов, а также требуемыми характеристиками прочности, остойчивости, ходкости и управляемости судна. Результаты проектных проработок свидетельствуют, что пути решения конструктивных задач по обеспечению указанных характеристик в настояшее время имеются [ 7, 8 ].

Так прочность корпуса судна смешанного плавания класса М-СП, при использовании в его конструкции цилиндрических оболочек, участвующих в общем изгибе судна, может быть достигнута без излишних металлозатрат при увеличении главных размерений по длине до 180 м. Основные проектные характеристики и элементы такого судна, схема мидель-шпангоута представлены в работах [ 7, 8 ].

Внедрению данного архитектурно-конструктивного типа судна предшествовала серия научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ. Было рассмотрено более десяти вариантов схем компоновки архитектурно-конструктивного типа наливного судна [ 4 ].

Наиболее рациональным по металлоемкости, ветробойности, соотношению вместимости грузовых танков и массы порожнем, а также в конструктивно-техно-

логическом и эксплуатационном отношении является вариан