автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Обоснование конструкции корпуса танкеров внутреннего и смешанного плавания для повышения их безопасности при столкновении

На правах рукописи

□031705ЭЭ КУЗНЕЦОВА Татьяна Александровна

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА ТАНКЕРОВ ВНУТРЕННЕГО И СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ

Специальность 05 08 03 - Проектирование и конструкция судов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2008

2 9 аЩ

003170599

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волжская госу-

дарственная академия водного транспорта»

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент С Н Гирин

Официальные оппоненты заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор НФ Ершов

кандидат технических наук А Б Нестеров

Ведущая организация ОАО «КБ «Вымпел»

Защита диссертации состоится 24 июня 2008 года в часов на заседании диссертационного совета Д 223 001 02 при ФГОУ ВПО ВГАВТ по адресу 603950, г Нижний Новгород, ул Нестерова, 5а, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ВГАВГ

Автореферат разослан ((23 » мая 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета_ //_____ //

доцент, к т н Г ^^ -Л-А-Кеслер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Столкновения судов - один из наиболее опасных видов навигационных аварий Они являются довольно частым происшествием и составляют 20-23% от общего количества аварий судов Особую опасность представляет таран танкера, перевозящего нефтепродукты Такая авария может привести в случае вылива груза к серьезной экологической катастрофе, значительному экономическому ущербу Особую опасность представляет ситуация, когда столкновение происходит на внутренних водных путях, где возникает угроза загрязнения акватории и прибрежных территорий в непосредственной близости от населенных пунктов

С целью защиты нефтяных танкеров от повреждений Международная конвенция МАРПОЛ 73/78 регламентирует минимальное расстояние между перекрытиями двойных бортов и двойного дна в зависимости от дедвейта судна Однако других рекомендаций по проектированию и конструированию перекрытий бортовой защиты в конвенции не содержится В прочих нормативных документах специальные требования к конструкции бортовых отсеков также недостаточно проработаны

Теоретическое и экспериментальное исследование процесса столкновения судов выполняли отечественные и зарубежные ученые Г В Бойцов, Ю Ф Лепп, А Б Нестеров, I Hisashi, Т Kuroiwa, Н Lensehnk, V U Minor-sky, М Mizukami, J Norman, F Spinelly, G Woisin и др Рекомендации по проектированию конструктивной бортовой защиты (далее - бортовая защита) содержатся в работах российских ученых Ю Ф Леппа, А Б Нестерова Экономическая целесообразность подкрепления корпусов судов исследована в работах Е М Апполонова, Г В Бойцова, А Б Нестерова Расчеты несущей способности конструкций при таране основаны на представлении о глубоком пластическом деформировании материала Проблемы пластического деформирования судовых конструкций рассмотрены в работах Л М Беленького, Е П Бураковского, Н Ф Ершова и др

Проводимые ранее исследования касались в основном крупных морских судов - атомоходов, морских танкеров При этом большинство предлагаемых мероприятий по проектированию бортовой защиты предусматривает увеличение массы металла бортовых конструкций Для танкеров внутреннего и смешанного плавания аналогичные мероприятия неприемлемы Эти суда эксплуатируются в районах водных путей с ограниченной осадкой, и увеличение массы корпуса приведет к уменьшению грузоподъемности судна

Объектом исследования в рассматриваемой диссертации является конструкция корпуса танкера внутреннего и смешанного плавания

Предмет исследования - энергоемкость конструкции бортовой зашиты грузовых отсеков при таране

Цель работы заключается в разработке бортовой защиты повышенной эффективности при столкновении танкеров внутреннего и смешанного плавания с учетом особенностей их конструкции без увеличения массы корпуса

Для достижения этой цели в работе сформулированы следующие задачи

1. Выбор расчетной схемы тарана

2 Создание теоретической модели в рамках принятой расчетной схемы для определения глубины проникновения таранящего судна и энергоемкости бортовой защиты

3 Разработка программы для ЭВМ, реализующей теоретическую модель

4 Сравнительный анализ возможных конструктивных решений, обеспечивающих повышение энергоемкости бортовой защиты

Методы исследования. При выполнении работы использованы классические методы строительной механики корабля и теории пластичности, масштабный эксперимент, математическое моделирование

Научная новизна заключается

- в разработке теоретической модели процесса столкновения двух судов,

- в создании расчетной программы для ЭВМ по оценке глубины проникновения форштевня таранящего судна и величины энергоемкости деформированной конструкции таранимого судна,

- в разработке конструкции, позволяющей существенно повысить энергоемкость защиты без увеличения массы корпуса судна,

- в разработке конструкции мелкосидящего танкера, защищенной патентом № 2286282, позволяющей повысить эксплуатационные качества низкобортных танкеров за счет увеличения жесткости при продольном изгибе судна, а также резко снизить вероятность перелома судна в случае аварийного тарана другим судном,

- в обосновании возможности создания конструктивной бортовой защиты танкера для бассейна реки Волги, способной противостоять тарану большинством эксплуатирующихся здесь в настоящее время судов без разлива груза

Практическая ценность состоит в том, что на основании выполненных исследований сделаны рекомендации по корректировке отдельных пунктов действующих Правил Российского Речного Регистра Эти рекомендации вошли в состав отчета по научно-исследовательской работе № РЗ1/05-255203 «Разработка предложений по повышению несущей способности бортовых и палубных конструкций при столкновениях», выполненной по заказу Регистра

Внедрение результатов. Предложены рекомендации по проектированию бортовой защиты танкеров при столкновении, которые рассматриваются для включения в Правила Российского Речного Регистра (РРР) Разработанная компьютерная программа может быть использована при проектировании новых судов для расчета энергоемкости бортовой защиты и глубины пробоины Предложена конструкция мелкосидящего танкера, защищенная патентом РФ № 2286282

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 1Х-м и Х-м Нижегородских сессиях молодых ученых (Дзержинск, 2004, 2005 гг), Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2004 г.), международной научно-технической конференции ЦНИИ им акад А Н Крылова (С Петербург, 2005 г), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н Новгород, 2005 г), Международном научно-промышленном форуме «Великие Реки» (Н Новгород, 2006 г), Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Новые технологии водного транспорта» (Н Новгород, 2007 г)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13-ти печатных работах, в том числе одна публикация в издании, рекомендуемом ВАК

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений Основной текст диссертации изложен на 202 с машинописного текста, содержит 80 рисунков и 25 таблиц Список библиографических источников включает 83 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы по проблеме повышения надежности бортовой защиты танкеров внутреннего и смешанного плавания Как следует из данных статистики, только в границах Волжского бассейнового управления пути за 27 лет зафиксировано 88 случаев тарана нефтеналивных судов Отмечено, что суда, даже удовлетворяющие современным международным требованиям, не обладают бортовой защитой, обеспечивающей сохранность груза при столкновении Указана необходимость выработки более подробных и четких рекомендаций по ее проектированию

В первой главе выполнен аналитический обзор работ, посвященных проблеме повышения бортовой защиты судов при столкновении Отмече-

но, что практически во всех имеющихся исследованиях рассматривается случай прямого центрального тарана, т е случай, когда удар таранящего судна направлен под прямым углом к корпусу таранимого судна в район центра масс, а таранимое судно перед столкновением не имеет хода Этот случай является наиболее опасным, так как вся кинетическая энергия соударения идет на деформирование конструкции таранимого судна в поперечном направлении, при этом судно получает пробоину максимальной глубины Глубина пробоины является параметром, представляющим наибольший интерес при проектировании конструктивной бортовой защиты

Глубина получаемого таранимым судном повреждения зависит от соотношения кинетической энергии таранящего судна и количества энергии, которое может поглотить конструкция корпуса при повреждении Энергопоглощающая способность конструкции зависит от входящих в нее конструктивных элементов, их размеров и взаимного расположения Энергия (Ц), поглощаемая конструкцией в процессе внедрения в нее носовой оконечности, определяется интегралом от усилия Рф, создаваемого бортовой защитой, где /- глубина внедрения в нее носовой оконечности на уровне палубы

Общее усилие КБЗ может быть получено как сумма усилий, создаваемых входящими в нее перекрытиями

На основании обзора литературы сформулированы цели и задачи диссертации, объект и предмет исследования, научная новизна, отмечена специфика исследования Так, для судов внутреннего и смешанного плавания необходимо стремиться к повышению энергоемкости КБЗ не за счет увеличения металлоемкости связей, а за счет их оптимального взаимного расположения Особенностью танкеров внутреннего и смешанного плавания является меньшее отношение длины корпуса (¿) к ширине (В) Поэтому они практически не получат горизонтального прогиба при столкновении Кроме того, меньшие значения высоты борта (Н) и длины грузовых танков (1„тс) речных судов по сравнению с морскими танкерами обеспечивают больший распор продольным элементам корпуса на начальном этапе внедрения форштевня в бортовой отсек, поэтому работа бортового перекрытия в области пластических деформаций начинается при меньшей глубине внедрения форштевня

(КБЗ)

0)

Во второй главе выполнено теоретическое исследование процесса тарана танкера смешанного (внутреннего) плавания Описана принятая теоретическая схема расчета Для определения внешних сил, действующих на сталкивающиеся суда, рассматривается наиболее опасный случай - центральный таран (рисунок 1) Полагается, что точка соударения судов находится посередине средней шпации грузового танка Это допустимо с точки зрения качественного сопоставления энергоемкости бортовых конструкций Кинетическая энергия удара перейдет главным образом в энергию деформирования бортовых и палубных конструкций таранимого судна и носовой оконечности таранящего судна Часть энергии перейдет в энергию движения присоединенной массы воды, а также рассеется Величина коэффициента присоединенной массы воды принимается с учетом описанных в первой главе исследований для таранимого судна 0,4, а для таранящего в силу малости не учитывается В исследовании Кастаньето отмечено, что в общем виде потерянная энергия А11 при столкновении может быть представлена суммой энергий (индексы А и В обозначают таранящее и таранимое судно соответственно)

ш=щА + щв + иегА + иег„+и:А+и:в, (2)

где 1/р - энергия местной деформации конструкций в месте удара,

и{ - энергия деформации общего изгиба корпуса судна,

I!" - энергия деформации сдвига корпуса судна при общем изгибе Согласно требованиям МАРПОЛ, для предотвращения загрязнения окружающей среды все современные танкеры должны иметь двойное дно и двойные борта, поэтому в дальнейшем при разработке мероприятий по повышению эффективности КБЗ рассматривается только такой тип судна К конструкциям бортовой защиты относятся все конструкции, расположенные в бортовом отсеке, от наружного борта до внутреннего включительно КБЗ считается разрушенной, когда нарушится непроницаемость перекрытий, ограничивающих грузовой танк Как отмечено в упомянутых выше исследованиях, энергиями деформации таранящего форштевня, изгиба и сдвига корпуса таранящего судна можно пренебречь, т е

~я-0 т.

А

рзх

Рисунок 1 - Схема центрального тарана

ира ~ и 1л — и "л - 0 Незначительную часть рассеянной в окружающем

пространстве энергии также можно не учитывать Вследствие большой жесткости таранимого судна в горизонтальной плоскости, составляющие

Следовательно, для обеспечения безопасности грузового отсека танкера необходимо, чтобы кинетическая энергия удара была полностью поглощена за счет деформирования конструкций КБЗ

Величина скорости столкновения судов в случае центрального тарана определяется только скоростью таранящего судна На эту характеристику большое влияние оказывает «человеческий фактор» На практике судно может идти как полным, так и средним или малым ходом Кроме того, после обнаружения опасности столкновения маневр отворота, являющийся наиболее эффективным, позволяет либо избежать столкновения, либо снизить скорость соударения и уменьшить угол столкновения В расчетной схеме полагается, что судоводитель перед столкновением выполняет маневр активного торможения, который приводит к меньшему снижению скорости, и к реализации схемы центрального тарана Длина пути торможения 12 принимается равной расстоянию, за которое судно могло бы выполнить маневр отворота с полного хода на 90° и избежать столкновения Расчет снижения скорости при активном торможении выполняется в соответствии с методикой, предложенной В А Трониным Величина /2 определяется по справочнику маневренных характеристик судов для каждого проекта таранящего судна

Таким образом, для танкера смешанного (внутреннего) плавания можно составить уравнения совместного движения с таранящим судном после столкновения аналогично уравнениям Ю Ф Леппа для морских судов Для этого силы, действующие на таранимое и таранящее суда, проецируются на ось X (см рисунок 1) Сила сопротивления воды дрейфу таранимого судна в направлении оси X вычисляется по формуле

где г - коэффициент сопротивления воды дрейфу таранимого судна Система совместного движения судов

и{в и и"н будут невелики и в дальнейшем расчете не учитываются.

рс „,»(*) = гТЬх2в

(3)

(4)

где т - масса судна, х- скорость, х - ускорение,

Р(х)- усилие КБЗ,

РА - упор винта на заднем ходу

Значение Р(х) на каждом шаге внедрения форштевня определяется из расчета деформации КБЗ в области больших прогибов, в стадии глубокого пластического деформирования материала Влиянием динамических усилий при столкновении можно пренебречь Как отмечают исследователи, большая часть энергии, поглощаемой КБЗ, приходится на пластическую область деформирования, а составляющими упругой области можно пренебречь Связь между деформациями и напряжениями соответствует диаграмме жесткопластического тела Величина расчетного предела текучести находится из условия равенства площадей реальной и жесткопласти-ческой диаграмм

Физические модели деформирования КБЗ, лежащие в основе методики расчета, в диссертации приняты по результатам испытаний, проведенных Ю Ф Леппом Для бортового перекрытия расчетная схема представлена в виде многопролетной гибкой нити, опертой на свободные проседающие опоры, которыми являются шпангоуты Посередине среднего пролета она загружена сосредоточенной нагрузкой от таранящего форштевня Распор перекрытия с учетом особенностей конструкции, приведенных в первой главе, а также полученных экспериментальных данных (глава 3), принимается равным 1 Поперечное сечение гибкой нити образуют продольные связи перекрытия Для учета наклона форштевня к борту перекрытие разбивается по высоте на ряд гибких нитей Суда с «буль-бом» в носовой оконечности в исследовании не рассматриваются Расчетная схемау-й гибкой нити приведена на рисунке 2

Ъ,

д

Рисунок 2 - Расчетная схемау-й гибкой нити

На начальном этапе деформирования пластические деформации сосредоточены в одной средней шпации В процессе увеличения прогиба и роста нагрузки на ближайших шпангоутах происходит образование пластического шарнира, а зона деформирования перекрытия распространяется в соседние шпации

При дальнейшем увеличении нагрузки со стороны таранящего судна образуются пластические шарниры на вторых шпангоутах, и т д В общем случае, если зона деформирования ограничена п шпангоутами, сила взаимодействия судов, действующая нау-ю гибкую нить

я-|2Л (и-/)

-+ I---

а(п - 0,5) п - 0,5

где 7} - цепное усилие]-\\ гибкой нити, а - шпация,

I - номер шпангоута, ¡=1 п, Я„ри - предельная реакция /-го шпангоута на /-ю гибкую нить, - площадь поперечного сеченияу-й гибкой нити Усилие взаимодействия судов, воспринимаемое всем деформируемым участком бортового перекрытия

Разрыв бортового перекрытия начинается при достижении верхней гибкой нитью относительного удлинения металла при разрыве екр Механизм распространения трещины еще недостаточно изучен Ю Ф Лепп в методике расчета энергоемкости КБЗ без учета наклона форштевня принимал, что борт разрывается мгновенно, по всей высоте В диссертации в дальнейшем полагается, что обшивка разрывается по высоте в пределах продольной шпации, т е до ближайшей продольной связи

При расчете деформаций палубного перекрытия использовались физические модели, предложенные Ю Ф Леппом При контакте форштевня с кромкой пластины настила на ее поверхности образуется складка, распространяющаяся постепенно до ближайших бимсов Расчетная схема на этом этапе - однопролетная гибкая нить переменного сечения с площадью поперечного сечения

где 5 - толщина настила,

Брж - площадь поперечного сечения ребра жесткости, 5и,Р1 ~ площадь поперечного сечения карлингса Поперечное сечение первой складки образуется первой пластиной настила, при этом Брж = 8кар,~ 0 При подходе форштевня к ребру жесткости или картингсу начинает формироваться вторая складка, поперечное сечение которой образуется продольной балкой и второй пластиной настила Из исследований Ю Ф Леппа следует, что критическое относительное

удлинение кромки настила перекрытия е" в 1,5 раза больше, чем у изолированно работающей пластины скр, за счет податливости материала со-

(6)

Б,=5 + Брж + &

О)

седних шпаций, что учитывалось в принятой в диссертации расчетной модели После разрыва j-й складки внедрение форштевня, до образования новой складки, происходит при постоянном усилии, за счет работы металла на раздир клином

Приведенная расчетная схема столкновения судов реализована в программе для ЭВМ «Tanker»

В третьей главе описаны результаты испытаний крупномасштабных моделей КБЗ танкера смешанного плавания, проведенных с целью сопоставительного анализа результатов эксперимента с расчетом по программе «Tanker», анализа факторов, влияющих на несущую способность КБЗ при работе в области больших пластических деформаций, и выявления связей, оказывающих наибольший вклад в энергоемкость КБЗ

Выполнялось статическое нагружение модели КБЗ жестким клином, имитирующим таран жестким наклонным форштевнем Наличие угла наклона клина существенно отличает проведенные испытания от испытаний, проведенных Ю Ф Леппом и М В Филиппео В ходе эксперимента фиксировались значения глубины внедрения клина и усилие КБЗ, по которым согласно (1) вычислялась энергия, поглощенная КБЗ Также измерялись значения мембранных напряжений бортового перекрытия с помощью тензодатчиков, схема наклейки которых показана на рисунке 3 Испытания проводились на прессе с максимальным усилием 5000 кН

а)

Палуба

[ я " ' Г " ' 1 " ' Г6 1

1 5-L 1---r-f- —ч— — h- - -1--1___ Г4 ^

i___н-- 1 2 . __4--з___1 . 2 1

!_ .J.. _ L _ _ J _

б)

Падуба

ь-

I-

4L

1— 2 —

I

— 1

— 2

I_______!____и.

____J_____L_

ы

н

—J

Рисунок 3 - Схема наклейки тензодатчиков (вид на наружный борт) а) молели №№ 1, 2, б) модели №№ 3, 4

Модели в масштабе 1 3,5 представляли собой часть межбортового отсека танкера смешанного плавания, включающего в себя палубу с внутренним и наружным бортами до верхнего стрингера, в плоскости которого

установлена платформа Такое решение было вызвано ограниченным расстоянием между опорными колоннами испытательного пресса Оно является приемлемым для сопоставительного анализа различных вариантов конструкции бортовых отсеков Для удобства сборки, в отличие от реального проекта, набор второго борта устанавливался внутри грузового танка Рабочая длина моделей была равна пяти рамным шпациям (2,1 м) Для увеличения распора ко всем моделям, кроме моделей 1(1), 2(1) и 2(2) (в скобках указан номер экземпляра) приваривались дополнительные раскосы из угольника 75x75x6

Схемы поперечных сечений четырех вариантов моделей показаны на рисунке 4 Каждая модель изготавливалась в двух экземплярах

а)____в)

б)

¥ ¥

э э

э э

1 А 1

э э / э э

к 1 1 , Л1 „

Г¥

Рисунок 4 - Схемы поперечного сечения моделей а) модель Аг» 1, б) модель № 2, в) модель № 3, г) модель № 4

Сопоставление величин энергоемкости КБЗ моделей, полученных в ходе эксперимента, с расчетными представлено в таблице 1, а пример сопоставления расчетных графиков изменения усилия и энергоемкости с экспериментальными - на рисунке 5 Погрешность 53,7% для модели 3(1) объясняется разрушением обшивки борта от проколов приваренными полками флоров, и в связи с этим ее не следует принимать во внимание Средняя величина расхождения экспериментальных и расчетных данных около 10% (таблица 1) При этом графики экспериментального значения энергоемкости всех моделей, кроме модели № 3(2), идут ниже теоретического из-за пониженного участия палубного перекрытия ввиду недостаточности распора Если бы палубному перекрытию был обеспечен доста-

точный распор, то несходимость с расчетом могла быть меньше В целом эксперимент подтверждает правильность принятых расчетных схем и свидетельствует о работоспособности принятой расчетной схемы и программы для ЭВМ

Общий вид модели до и после испытаний показан на рисунке 6

б)

О 4

8 12 16 20 24 28 /, см

4 8 12 16 20 24 28 /, см

- • эксперимент ——— расчет

Рисунок 5 - Сопоставление результатов теоретического расчета и эксперимента (модель 2(1)) а) усилие, б) энергоемкость

- усилие борта (по расчету)

Таблица 1 - Экспериментальная и теоретическая энергоемкость КБЗ, кДж

Результаты Модель

KD 1(2) 2(1) 2(2) 3(1) 3(2) 4(1) 4(2)

по расчету 76,1 76,1 92,0 54,1 84,4 63,0 73,0 86,6

по эксперименту 72,3 62,8 82,6 51,3 54,9 68,6 63,5 78,8

Погрешность, % 5,3 17,5 и,з 5,5 53,7 8,2 15,1 10,0

В четвертой главе с помощью расчета по программе «Tanker» выполнен анализ различных мероприятий, способствующих повышению энергоемкости КБЗ на примере танкера типа «Волгонефть», сформулированы рекомендации по проектированию КБЗ, выполнена проверка экологической безопасности судна с учетом состава флота, эксплуатирующегося в Волжском бассейне, а также выполнен расчет возможного ущерба от разлива нефти при таране танкера типа «Волгонефть» в Волжском бассейне

Как отмечалось во введении, для танкеров смешанного и внутреннего плавания необходимо увеличивать энергоемкость КБЗ путем повышения эффективности работы конструкции Для этого необходимо проектировать конструкцию так, чтобы при работе в области больших пластических деформаций обеспечить участие как можно большего объема металла Кроме того, необходимо стремиться к тому, чтобы трещина в перекрытии образовывалась как можно позднее, и ее распространение ограничивалось элементами защиты грузового отсека

Рисунок 6 - Общий вид модели: а) до испытаний; б) после испытаний

Для оценки эффективности конструктивных мероприятий выполнялся расчет удельной энергоемкости КБЗ, под которой понималось отношение энергоемкости защиты ¡7 на момент начала разрыва второго борта к массе грузового отсека т. включая КБЗ:

. и=и/т. (В)

За исходную конструкцию корпуса была принята конструкция танкера типа «Волгонефть» проекта 1577, набранного по смешанной системе набора.

В отличие от исходной конструкции, рассматривались следующие конструктивные решения: применение продольной системы набора (СН) борта; увеличение рамной шпации (А) от 1,98 до 2,2, 2,6, 3,0, 3,2 м; увеличение толщин палубного стрингера и ширстрека; введение тронка и наклонного участка на втором борту. Рассмотрены варианты с высотой тронка (Л) 0,5, 0,7, 1,0 и 1,5 м. При расчете энергоемкости угол наклона таранящего форштевня к вертикали принимался равным 30°.

1 1

Во всех случаях, включая исходный вариант, размеры связей подбирались по действующим Правилам Российского Речного Регистра Пример миделыипангоута модернизированного танкера приведен на рисунке 7

Рисунок 7 - Схема миделыипангоута танкера с продольной системой набора, трояком 0,7 м, рамной шпацией 1,98 м

Результаты расчета представлены на графиках рисунка 8 Преимущество варианта с продольной СН борта по сравнению с исходным заключается в том, что продольные ребра жесткости борта препятствуют быстрому разрыву бортового перекрытия (рисунок 8, а) При разрыве в месте соединения ширстрека с палубой трещина приостанавливается на верхнем ребре и далее вниз по борту не развивается, так как ширина зоны деформирования борта к этому моменту увеличивается, а относительное удлинение металла уменьшается и в дальнейшем остается меньше критического

Повышение эффективности работы КБЗ с увеличением рамной шпации (рисунок 8, 6) объясняется тем, что при увеличенной шпации начало разрыва бортового и палубного перекрытий наступает позднее, и, соответственно, больше усилие в момент разрыва

Мероприятия следующего варианта модернизации КБЗ - введение тронка и наклонного участка на втором борту - наиболее эффективно использовать совместно Объем грузовых танков при этом сохраняется с исходного варианта При введении наклонного участка второго борта увеличиваются ширина и площадь палубного перекрытия, включаемого в бортовую защиту Кроме того, наклон обеспечивает более эффективную работу второго борта Наиболее выгодным является угол наклона второго борта, совпадающий с углом наклона таранящего форштевня В этом случае при подходе форштевня ко второму борту наклонный участок включается в работу одновременно по всей высоте В результате применения

данного мероприятия значительно увеличивается допустимая глубина внедрения форштевня, соответственно увеличиваются высота зоны деформирования второго борта и ширина деформируемой потопчины В результате при установке тронка высотой 0,5 м удельная энергоемкость возросла в 3 раза по сравнению с вариантом без тронка, а при установке тронка высотой 1,5 м в 4,3 раза

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 Высота тронка, м

10 11 12 13 14 15 16 Толщина пластины, мм — палубный стрингер — ширстрек

Рисунок 8 - Влияние некоторых факторов на удельную энергоемкость КБЗ

Анализируя четвертый вариант КБЗ, рассматривались отдельно случаи изменения толщины ширстрека и толщины палубного стрингера от 10 до 16 мм Расчет показал, что эти изменения мало влияют на повышение удельной энергоемкости КБЗ При изменении толщины ширстрека с 10 до 16 мм удельная энергоемкость увеличилась на 10%, а палубного стрингера- на 12% (рисунок 8, в)

Результаты расчета энергоемкости различных вариантов КБЗ представлены в таблице 2

Таблица 2 - Изменение удельной энергоемкости при различных вариантах КБЗ (от - масса отсека длиной 20 м, Ат - увеличение массы на 1 пог м, Аи- увеличение удельной энергоемкости)

Шпация А, м Тронк h, м т, т Am, % U, кДж и, кДж/т Дм, %

Смешанная система набора

1,98 - 159,0 0 5531 | 34,8 0

Продольная система набора

1,98 - 155,0 -2,5 10085 65,1 87

2,2 - 155,8 -2,0 11257 72,:3 108

2,6 - 157,3 -1,0 13293 8 4,5 143

3,0 - 160,9 +1,2 16172 100,5 189

3,2 - 160,9 + 1,2 17416 108,2 211

1,98 0,5 155,9 -2,0 30016 192,5 453

1,98 0,7 157,5 -1,0 34151 216,8 523

1,98 1,0 160,8 +1,2 39953 248,5 614

3,2 1,0 164,1 +3,2 56065 341,7 804

1,98 1,5 164,4 +3,4 46516 283,0 713

3,2 1,5 169,7 +6,7 64155 378,1 987

Для оценки возможности создания КБЗ танкера, обеспечивающей целостность грузовых танков при столкновении с наиболее опасным судном, выполнен анализ состава флота в Волжском бассейне на 2006 г Было рассмотрено около 1400 проектов судов, составляющих порядка 80% от общего количества судов, эксплуатировавшихся в бассейне Наибольшую опасность для танкера типа «Волгонефть» представляют самоходные суда проекта 507 и его модификации, а из составов - состав с буксиром Н3290 и двумя баржами Р43 общим водоизмещением 22147 т Расчет активного торможения для состава не производился, и его скорость перед столкновением принималась равной расчетной - 3,94 м/с Для проекта 507, с учетом длины тормозного пути, принятой на основе аналогичного проекта 1565, скорость перед столкновением принята 4,13 м/с

Для выбора КБЗ с необходимым уровнем энергоемкости, использовалась формула по расчету потерянной энергии при столкновении

Аи= ± (9)

тА 4-тв\1 + Л) 2

где уа - скорость таранящего судна перед столкновением При таране танкера судном проекта 507 ЛИ = 32888 кДж наиболее близким по энергоемкости (таблица 2) является вариант с тронком высо-

той 0,7 м и шпацией 1,98 м При таране составом AU = 49618 кДж оптимальным является вариант танкера с тронком высотой 1,0 м и шпацией 3,2 м Результаты расчета тарана танкера судном проекта 507 по программе «Tanker» представлены на рисунке 9 По результатам расчета, конструкции, ограничивающие грузовой танк, не получают разрыва

--глубина внедрения, м

усилие взаимодействия, МН 10 '

■ ■ критическая глубина внедрения, м

—— ускорение таранимого судна, м/с2

„™ перемещение таранящего судна, м

----перемещение таранимого судна, м

— ускорение таранящего судна, м/с2

- —* - скорость таранимого судна, м/с

— — — скорость таранящего судна, м/с

Рисунок 9 - Расчет столкновения танкера (h=0 7 м, А={ 98 м) с судном проекта 507

В процессе столкновения часть связей эквивалент того бруса оказывается разрушенной, поэтому необходима проверка общей прочности корпуса Выполненные расчеты подтвердили общую продольную прочность танкера.

Проведенный анализ показал, что создание экологически безопасной конструкции танкера возможно практически без увеличения массы корпуса Рассмотренные конструкции удовлетворяют также требованию ВОПОГ пункта 9 3 1 11 2 к судам-газовозам, согласно которому эти суда вне зависимости от типоразмеров и района эксплуатации, должны поглощать энергию в 22 МДж при боковом столкновении с судном, имеющим нос с прямым форштевнем, без разрыва грузовых танков и трубопроводов

На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований предложены следующие дополнения в действующие Правила РРР по части «Корпус» В пункт 2 4 17 внести поправку «Расстояние между флорами должно быть кратным и не превышать для наливных судов 3,0 м»

Пункт 2 5 4 изложить в редакции.

«Транспортные наливные суда в районе грузовых танков должны иметь второе дно и вторые борта или же грузовые танки должны быть вкладными

Для обеспечения повышенной надежности корпусов судов с двойным дном и двойными бортами при возможных столкновениях рекомендуется

SV & . ___1

4VA6 °'9 1,2 '!5

время, с \

в районе грузовых танков отсеки двойных бортов выполнять по продольной системе набора корпуса,

ширину бортовых отсеков на уровне второго дна принимать не менее двух продольных шпаций,

бортовые отсеки выполнять расширяющимися от уровня не более % высоты борта от днища, для чего внутренние борта должны иметь наклон к вертикали около 30°,

применять тронковую конструкцию корпуса в районе грузовых танков, при этом соединения палубного стрингера с ширстреком и продольных стенок тройка с его палубой выполнять скругленными,

продольные стенки тронка выполнять наклонными, как продолжение вторых бортов над главной палубой,

обращать особое внимание на недопущение конструктивных и технологических концентраторов напряжений в перекрытиях, ограничивающих бортовые отсеки»

Повышению безопасности танкера при столкновении будет способствовать конструкция, показанная на рисунке 10, защищенная патентом Российской Федерации № 2286282 На танкере предлагаемой в изобретении конструкции основные силовые связи эквивалентного бруса помещены в районе диаметральной плоскости и практически не могут быть разрушены даже при прямом центральном таране судна Тем самым резко снижается вероятность перелома судна в случае аварийного тарана танкера

Применение данного изобретения наиболее целесообразно на низкобортных танкерах внутреннего и смешанного плавания, обладающих относительно невысокой продольной жесткостью корпуса

В заключение главы выполнена оценка эффективности реализации предлагаемых конструктивных мероприятий Поскольку рекомендуемые мероприятия практически не изменяют массу корпуса, то изменением прибыли танкера от изменения его грузоподъемности можно пренебречь Поэтому их эффективность будет определяться величиной предотвращенного ущерба для окружающей среды от аварийного разлива нефти

Согласно «Основным требованиям к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов», утвержденным постановлением Правительства РФ от 21 08 2000 г № 613 для самоходных судов, аварийный разлив нефти принимается равным объему двух смежных танков, У= 1411 м3 В качестве перевозимого продукта принято дизельное топливо плотностью 860 кг/м3

Регистрация аварийных ситуаций на речном, озерно-речном и озерном участках распределена неравномерно, что показали исследования А А Дудоладова

Коэффициент концентрации аварий на речном участке

k^rip/En, (10)

где пр - количество аварийных ситуаций на речном участке Волжского бассейна, принимаемое по данным А А Дудоладова, 2п - общее количество наблюдаемых аварийных ситуаций на всех видах участков

Коэффициенты концентрации аварий на озерном (к0) и озерно-речном участках (кор) определяются аналогично Тогда средний ущерб

У=крУр+к0рУ0р+к0У0, (11)

где У,„ Уор У0— ущерб от разлива нефти на различных участках

а)

тг тг J_L

О —Г

о_о

-1-

о

б)

В)

1.1 I г

I I

I I I I

JL2Z

ГПТ

' 1' '

Т1

I I I I ITT] VH'

■ 1 м 1 ' ' | ' 1 '

ПИ

Д\п

Рисунок 10 - Мелкосидящий танкер с силовым переходным мостиком а) вид сбоку, б) вид сверху, в) поперечное сечение корпуса

В свою очередь,

Ур=У.р+Уар+Убр,

(12)

где Ур, У, у? - ущерб на речном участке для воды, атмосферы и берега соответственно Уп/„ У„ определяются аналогично

Ущерб, наносимый биоресурсам, в исследовании не учитывался, что в итоге дает более низкую величину ущерба

Ущерб для каждой среды (воды, атмосферы, берега) определялся как произведение ставки удельного ущерба для этой среды (у„, уа, уб) и массы

находящегося в ней загрязняющего вещества (М/ , МЦ ,)

У в = У.М! > Уа = У*Ма^ П = УвМ? , (13)

ИТ д.

Для определения количества загрязняющего вещества, находящегося в воде, атмосфере и на берегу в зависимости от времени, прошедшего с момента вылива нефтепродуктов, использовалось математическое моделирование с помощью известного программного комплекса Pisces 2, который воспроизводит процессы, происходящие в нефтяном разливе на поверхности реки Для моделирования разлива на речном участке был выбран 906 км Волги, на озерно-речном - 929 км в районе Кстовского колена, на озерном - Горьковское водохранилище, 842 км Согласно упомянутому постановлению Правительства, нефтяное пятно должно быть локализовано в течение четырех часов с момента разлива Время распространения нефтяного пятна с момента разлива нефтепродуктов принималось равным шести часам с шагом расчета 1 час с целью определения максимального размера ущерба Базовый удельный ущерб для Волжского бассейна определялся на основе данных «Методики определения предотвращенного экологического ущерба», утвержденной Государственным комитетом РФ по охране окружающей среды Средний предотвращенный ущерб окружающей среде составит 913,9 млн р

Аналогично выполнен расчет экономии платы за загрязнение окружающей среды, взимаемой с судовладельца в случае аварии Расчет выполнялся для случая разлива нефтепродуктов в пределах Нижегородской области, по имеющимся нормативам платы для данного региона согласно «Методическим разъяснениям по определению и взиманию платы за негативное воздействие на окружающую среду с учетом особенностей экологической ситуации в Нижегородской области», утвержденной постановлением Правительства области от 30 12 2003 г № 387 Средняя величина экономии платы составит около 286,7 млн р

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты работы заключаются в следующем 1 Для повышения эффективности КБЗ танкеров смешанного и внутреннего плавания предложены и обоснованы следующие конструктивные решения

- применение продольной системы набора корпуса,

- увеличение рамной шпации,

- введение наклонного участка второго борта с установкой тронка,

- скругление узла соединения палубного стрингера с ширстреком

2 Разработана программа на ЭВМ, позволяющая оценить последствия центрального тарана танкера определить максимальную глубину пробоины и энергоемкость бортовой защиты

3 С использованием данной программы выполнен расчет энергоемкости для различных вариантов КБЗ таранимых судов Учитывая имеющийся состав флота в Волжском бассейне, показана возможность создания танкера с КБЗ, исключающей потерю груза при столкновении

4 Для оценки экономической эффективности предлагаемых мероприятий выполнен расчет вероятного ущерба и платы, взимаемой с судовладельца при разливе нефтепродуктов в случае получения опасной пробоины танкером типа «Волгонефть»

5 Предложена конструкция мелкосидящего танкера, защищенная патентом РФ № 2286282, позволяющая повысить эксплуатационные качества низкобортных судов, в частности, уменьшить стрелку прогиба корпуса при эксплуатации на мелководье на величину порядка 30%, и избежать перелома корпуса в случаях получения глубокой пробоины

6 Даны предложения по корректировке отдельных пунктов Правил Российского Речного Регистра, направленные на совершенствование конструктивной бортовой защиты танкера при возможных столкновениях

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК:

Гирин, С.Н. Безопасная конструкция речного танкера / С Н Гирин, ТА Кузнецова//Морской флот -№6 -2007 - С 25-27

Прочие публикации:

1 Кузнецова, Т.А. Определение скорости таранящего судна при столкновении с другим судном /ТА Кузнецова // Тезисы докладов IX нижегородской сессии молодых ученых Технические науки - Н Новгород, 2004 -С 60-61 - ISBN 5-93530-089-3.

2 Кузнецова, Т.А Повышение конструктивной защиты танкеров смешанного плавания при столкновении /ТА Кузнецова // Сборник материалов Всероссийской выставки науч -техн творчества молодежи - М , 2004 - С 258-260

3 Кузнецова, Т.А. Расчет энергоемкости конструкции судна и глубины пробоины при столкновении /ТА Кузнецова // Тезисы докладов X нижегородской сессии молодых ученых -Н Новгород, 2005 - С 99-100 -ISBN 5-93530-129-6

4 Гирин, С.Н. Проектирование конструкций танкеров с учетом возможных столкновений с другими судами / С H Гирин, Т А Кузнецова // Международный научно-промышленный форум «Великие реки - 2006» Генеральные доклады Тезисы докладов - H Новгород Нижегор гос архит - строит ун-т,2006 - С 210-212 -ISBN5-87941-359-4

5 Гирин, С.Н. Экспериментальное исследование работы бортовых конструкций судна при столкновении / С H Гирин, Т А Кузнецова И Тезисы докладов науч -техн конф ЦНИИ им акад А H Крылова - СПб, 2005 -С 40-41 -ISBN5-900703-91-6

6 Кузнецова, Т.А. Проблемы защиты грузовых отсеков судов от проникающих повреждений при столкновениях /ТА Кузнецова // Сборник трудов науч -метод конф Ч III - H Новгород, ВГАВТ, 2005 - С 44-46

7 Кузнецова, Т.А. Теоретическая модель деформирования бортового отсека судна при столкновении /ТА Кузнецова // Сборник трудов науч -метод конф Ч III - H Новгород, ВГАВТ, 2005 - С 46-48

8 Гирин, С H Изучение поведения бортового отсека судна при столкновении в процессе модельных испытаний / С H Гирин, Т А Кузнецова // Сборник трудов науч -метод конф Ч III - H Новгород, ВГАВТ, 2005 - С 48-51

9 Кузнецова, Т.А. Исследование способов повышения энергоемкости конструктивной защиты судов при столкновении /ТА Кузнецова // Вестник ВГАВТ -№16 -Н Новгород, 2006 - С 123-130

10 Гирин, С.Н. Оценка целесообразности конструктивных изменений бортовой защиты танкеров внутреннего и смешанного плавания для повышения их безопасности при столкновении / С H Гирин, Т А Кузнецова // Тезисы докладов науч -техн конф ЦНИИ им акад А H Крылова -СПб, 2006 - С 34-35 - ISBN 5-900703-94-0

11 Кузнецова, Т.А. Совершенствование бортовой защиты речного танкера при столкновении /ТА Кузнецова // Тезисы докладов Всероссийской молодежной науч -техн конф «Новые технологии водного транспорта» - H Новгород, ВГАВТ, 2007 - С 46-47

12 Пат 2286282 Россия, МПК7 В63 В 3/00 Мелкосидящий танкер I Кузнецова ТА - №2004121445/11, заявлено 13 07 2004, опубл 27 10 2006, Бюл № 30 - 5 с

Формат бумаги 60x84 '/1б Гарнитура «Тайме» Ризография Уел печ л 1,0 Уч-изд л 1,1 Тираж 100 Заказ 124

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, Нижний Новгород, ул Нестерова, 5а

Введение.

1 Актуальность задачи повышения конструктивной защиты танкеров внутреннего и смешанного плавания при столкновении.

1.1 Обзор теоретических и экспериментальных исследований по оценке и способу повышения конструктивной защиты судов при столкновении.

1.2 Задачи диссертационной работы.

2 Теоретическое исследование процесса столкновения.

2.1 Основные положения теории столкновения.

2.1.1 Анализ влияния внешних сил на процесс столкновения.

2.1.2 Анализ влияния внутренних сил на процесс столкновения.

2.2 Определение внешних сил, действующих на корпус судна при столкновении.

2.2.1 Расчетная схема.

2.2.2 Этап активного торможения.

2.2.3 Этап совместного движения судов.

2.3 Расчет несущей способности конструкции бортового отсека.

2.3.1 Общие зависимости для отсека.

2.3.2 Расчет несущей способности продольных вертикальных перекрытий.

2.3.3 Расчет несущей способности палубных перекрытий.

2.4 Компьютерное моделирование процесса столкновения.

3 Экспериментальное исследование деформаций бортового отсека при столкновении.

3.1 Условия проведения эксперимента и варианты экспериментальных моделей бортового отсека.

3.1.1 Цели эксперимента.

3.1.2 Экспериментальная установка.

3.1.3 Варианты экспериментальных моделей.

3.2 Результаты испытаний модельных образцов.

3.2.1 Качественный анализ процесса испытаний.

3.2.2 Определение механических характеристик материала моделей.

3.2.3 Обработка результатов испытания моделей.

3.3 Сопоставление результатов эксперимента с теоретическим расчетом.

4 Разработка практических рекомендаций по конструированию элементов защиты судов от проникающих повреждений при столкновениях.

4.1 Сопоставление предлагаемых вариантов бортовой защиты.

4.2 Обоснование возможности создания безопасной конструкции танкера внутреннего или смешанного плавания.

4.3 Предложения по конструированию бортовой защиты танкеров внутреннего и смешанного плавания.

4.4 Оценка экономической эффективности предлагаемых конструктивных решений.

Таран танкера, перевозящего нефтепродукты или продукты химии, другим судном является одним из наиболее опасных видов навигационных аварий. В результате такого тарана может произойти вылив груза в акваторию, а иногда и гибель самого судна. Очевидно, что такая авария наносит значительный ущерб, как с экологической, так и с экономической точек зрения.

По имеющимся официальным данным, столкновение судов - довольно частое явление. Согласно статистике аварийности мирового флота, приводимой в журнале «Морской флот» [4], за два года с сентября 2004 г. по август 2006 г. в мире было зафиксировано тридцать пять крупных столкновений. Статистика столкновений во внутренних водных путях в границах Волжского бассейнового управления пути приведена в приложении Г. Из нее можно видеть, что за 27 лет отмечено 88 случаев тарана нефтеналивных судов, вылив нефтепродуктов в отчетных документах зафиксирован в двух случаях. Количество столкновений только крупных танкеров типа «Волгонефть» со значительными повреждениями корпуса за рассматриваемый период достигает пяти случаев в год.

Для предотвращения или снижения вероятности столкновения судов в международной практике предусматриваются активные методы [15], такие, как оснащение судов современными радиолокационными станциями, разработки специальных инструкций экипажа и др. Действия судоводителей во время расхождения судов регламентируются Правилами по предотвращению столкновений судов в море [40]. В то же время судоводитель никогда не может быть полностью уверенным в том, что управление другим судном производится в точном соответствии с этими правилами и инструкциями. В связи с этим активные методы оказываются недостаточными, и столкновения продолжают иметь место. Поэтому все большее внимание уделяется пассивным методам защиты, способствующим снижению неблагоприятных последствий в случаях, когда столкновения избежать не удалось. К таким методам относится применение на судне конструктивной бортовой защиты. К конструктивной бортовой защите относятся те элементы конструкции корпуса, которые деформируются под действием таранящего судна, поглощают его кинетическую энергию и препятствуют проникновению носовой оконечности таранящего судна в защищаемый отсек. В настоящее время нормативные требования, касающиеся проектирования бортовой защиты танкеров в нашей стране еще недостаточно проработаны. Так, требования к конструкции танкеров с целью защиты их при столкновении содержатся только в конвенции МАРПОЛ 73/78 [39], а также в Европейских предписаниях, касающихся перевозки опасных грузов по внутренним водным путям (ВОПОГ) [24] для танкеров-газовозов.

Согласно требованиям МАРПОЛ 73/78 (Правило 13Б), каждый нефтяной танкер дедвейтом 600 т и более, контракт на постройку которого заключен не ранее б июля 1993 г., должен иметь двойные борта и двойное дно, размеры которых регламентированы. При этом конструктивная бортовая защита от столкновений до момента проникновения носовой оконечности таранящего судна в грузовой танк будет включать в себя перекрытие наружного борта, горизонтальные платформы, расположенные в межбортовом отсеке, палубное перекрытие и перекрытие второго борта. Ширина двойных бортов выбирается в зависимости от дедвейта (ОЩ судна, а высота двойного дна (И) в зависимости от ширины судна (В). Расстояние (ту) между обшивками наружного и внутреннего бортов, измеренное под прямым углом к обшивке в любом поперечном сечении судна, м, для танкера дедвейтом более 5000 т, должно быть не менее: и>=0,5+£>И720000 (1.1) или и>=2,0 м в зависимости от того, что меньше. Минимальное расстояние >и=1,0 м.

Для танкера дедвейтом менее 5000 т:

1>=0,4+2,4/Ж/20000, (1.2) минимальное расстояние 0,76 м.

Из приведенных формул можно видеть, что размер межбортового расстояния назначается без учета размеров связей перекрытий, образующих бортовую защиту, их взаимного расположения и конструктивного оформления. Других требований к конструкции корпуса танкера для защиты от разливов груза при столкновении в МАРПОЛ 73/78 не содержится.

В ВОПОГ [24] имеются требования по защите от столкновений, касающиеся танкеров-газовозов. Согласно п. 9.3.1.11.2, в переделах грузового пространства судно должно конструироваться следующим образом:

- как судно с двойным корпусом, бортовыми отсеками шириной не менее 0,80 м и двойным дном высотой не менее 0,60 м, или как судно с одинарным корпусом, у которого вкладные грузовые танки, располагаются на тех же расстояниях от борта и днища. При этом бортовая обшивка подкрепляется бортовыми стрингерами, установленными через равные промежутки, составляющие не более 0,60 м. Бортовые стрингеры поддерживаются рамными шпангоутами, отстоящими друг от друга не более чем на 2,00 м. Высота бортовых стрингеров и рамных шпангоутов должна составлять не менее 10% высоты борта, но не менее 0,30 м. Свободные пояски бортовых стрингеров и рамных шпангоутов должны быть соединены между собой и иметь площадь по2 перечного сечения не менее 7,5 см' и 15 см , соответственно.

При иной конструкции корпуса в пределах грузового пространства посредством расчетов должно быть доказано, что в случае бокового столкновения с другим судном, имеющим нос с прямым форштевнем, может быть поглощена энергия в 22 МДж без разрыва обшивки грузовых танков и трубопроводов, присоединенных к грузовым танкам.

Также есть требование о том, что запрещаются бортовые стрингеры, соединяющие или поддерживающие несущие элементы наружного борта судна с несущими элементами продольной переборки грузовых танков, а также днищевые стрингеры, соединяющие несущие элементы днища судна с днищем танков.

Из приведенных требований ВОПОГ можно сделать вывод, что регламентация размеров двойного дна и двойных бортов, также, как и в МАРПОЛ 73/78, производится без учета особенностей конструкции межбортовых отсеков, механических характеристик материала, размеров связей корпуса и самого судна, а также района эксплуатации.

Специальные требования (кроме аналогичных требованиям МАРПОЛ) в Правилах Российского Речного Регистра (РРР) и Российского Морского Регистра Судоходства по проектированию конструктивной бортовой защиты танкеров от разливов нефтепродуктов при столкновениях в настоящее время также отсутствуют. В то же время, разлив нефтепродуктов при столкновении танкеров на внутренних водных путях представляет особую опасность для окружающей среды и людей, так как происходит вблизи густонаселенных территорий.

В нашей стране и за рубежом проводились исследования различных конструктивных мероприятий по повышению защищенности грузовых отсеков судна от нарушения их герметичности при столкновении. Обзор этих исследований приведен в п. 1.1. Зачастую такие мероприятия сводятся к увеличению толщин связей, а значит, к повышению массы металла бортовых конструкций [15]. Это снижает экономический эффект от эксплуатации такого судна, а для сравнительно небольших танкеров практически делает невыгодным внедрение специальной бортовой защиты от столкновений, даже с учетом высокой стоимости ликвидации последствий возможной аварии [8, 15].

Для морских судов увеличение массы корпуса без уменьшения грузоподъемности приведет к некоторому увеличению осадки судна, что для них является приемлемым. Но для судов внутреннего и смешанного плавания увеличение осадки практически невозможно без уменьшения грузоподъемности вследствие имеющихся на внутренних водных путях ограничений по осадке. Поэтому для танкеров такого типа особенно актуально повышение эффективности конструктивной бортовой защиты грузовых отсеков от проникающих повреждений при столкновении без увеличения массы корпуса, при сохранении грузоподъемности.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1 Для повышения эффективности КБЗ танкеров смешанного и внутреннего плавания предложены и обоснованы следующие конструктивные решения:

- применение продольной системы набора корпуса;

- увеличение рамной шпации;

- введение наклонного участка второго борта с установкой тронка;

- скругление узла соединения палубного стрингера с ширстреком.

2 Разработана программа на ЭВМ, позволяющая оценить последствия центрального тарана танкера: определить максимальную глубину пробоины и энергоемкость бортовой защиты.

3 С использованием данной программы выполнен расчет энергоемкости для различных вариантов КБЗ таранимых судов. Учитывая имеющийся состав флота в Волжском бассейне, показана возможность создания танкера с КБЗ, исключающей потерю груза при столкновении.

4 Для оценки экономической эффективности предлагаемых мероприятий выполнен расчет вероятного ущерба и платы, взимаемой с судовладельца при разливе нефтепродуктов в случае получения опасной пробоины танкером типа «Волгонефть». корпуса при эксплуатации на мелководье на величину порядка 30%, и избежать перелома корпуса в случаях получения глубокой пробоины.

6 Даны предложения по корректировке отдельных пунктов Правил Российского Речного Регистра, направленные на совершенствование конструктивной бортовой защиты танкера при возможных столкновениях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Аварии и повреждения судов // Реферативный журнал «Водный транспорт». 2003, №2. - С. 14. - ISSN 0484-2545.

2. Аварии и повреждения судов // Реферативный журнал «Водный транспорт». 2007, №2. - С. 12. - ISSN 0484-2545.

3. Аварийная статистика // Сборник нормативно-методических материалов. Российский Морской Регистр Судоходства. - СПб, 2001. — Книга 10.-С. 14-33.-ISBN 5-89331-058-06.

4. Аварийность мирового флота // Морской флот. 2004, №6 — 2006, №6.

5. Алферов, В. И. Моделирование процесса исправления общих деформаций корпуса танкера типа «Волгонефть» в процессе реновации / В. И. Алферов, В. С. Михайлов // Судостроение. 2007, №1. - С. 54-59.

6. Барабанов, Н. В. Повреждения и пути совершенствования корпусных конструкций / Н. В. Барабанов, Н. А. Иванов, В. В. Новиков, Г. П. Шемендюк. Л.: Судостроение, 1989.-221 с.

7. Басин, А. М. Ходкость и управляемость судов / А. М. Басин. -М.: Транспорт, 1977.-456 с.

8. Беленький, Л. М. Большие деформации судовых конструкций / Л. М. Беленький. Л.: Судостроение, 1973. - 204 с.

9. Беленький, Л. М. Расчет судовых конструкций в пластической стадии / Л. М. Беленький. Л.: Судостроение, 1983.-448 с.

10. Бойцов, Г. В. Прочность и работоспособность корпусных конструкций / Г. В. Бойцов, С. Д. Кноринг. Л.: Судостроение, 1972. - 264 с.

11. Бураковский, Е. П. Конструктивное обеспечение повышения безопасности мореплавания при столкновении судов / Е. П. Бураковский, В. А. Дмитровский, И. В. Якута // Морской вестник. 2007, №3(23). - С. 100-105.

12. Векслер, В. М. Некоторые вопросы проектирования танкеров / В. М. Векслер. Л.: Судостроение, 1967. - 260 с.

13. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. — М.: Наука, 1969. 576 с.

14. Волков, Н. Н. Конструктивные особенности атомных судов / Н. Н. Волков, С. Б. Кодацкий. Л.: Судостроение, 1971. - 247 с.

15. Глазов, С. Ф. Эффективность конструктивной защиты танкеров от аварийного вылива нефти / С. Ф. Глазов, С. И. Логачев // Труды ЦНИ-ИМФ. Л., 1973. - Вып. 170. - С. 109-119.

16. Глазов, С. Ф. О целесообразности конструктивной защиты танкеров / С. Ф. Глазов, И. П. Мирошниченко // Труды ЦНИИМФ. Л., 1974. - Вып. 187. - С. 92-108.

17. Европейские предписания, касающиеся международной перевозки опасных грузов по внутренним водным путям (ВОПОГ). ООН: Нью-Йорк и Женева, 1997. - 406 с.

18. Евстигнеев В. В. Тезисы доклада «Об итогах надзорной деятельности федеральной службы по надзору в сфере транспорта на морском и внутреннем водном транспорте и основные задачи на 2007 год» /

19. В. В. Евстигнеев // Речной транспорт (XXI век). 2007, №1. - С. 18-20. -ISSN 1729-4258.

20. Евстифеев, В. А. Грузовые суда смешанного плавания / В. А. Евстифеев, П. Г. Варенов, В. В. Иконников, М. Г. Шмаков. JL: Судостроение, 1971. - 248 с.

21. Ершов, А. Предотвращение столкновений судов в море / А. Ершов // Морской флот. 2004, №5. - С. 8-11.

22. Ершов, Н. Ф. Поврежденная и эксплуатационная прочность конструкций судов внутреннего плавания / Н. Ф. Ершов, О. И. Свечников. JL: Судостроение, 1977. - 310 с.

23. Ефремов, Н. Реновация судов путь к сохранению отечественного флота / Н. Ефремов, Г. Егоров // Морской флот. - 2005, №3. - С. 3845.

24. Жуков, А. Призыв к активным действиям во имя безопасности на море / А. Жуков // Судоходство. 2002, №№11-12. - С. 68.

25. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды. Утверждены Минприроды РФ 26 января 1993 г.

26. Лепп, Ю. Ф. Оценка защищенности грузовых помещений судов от повреждений при столкновениях / Ю. Ф. Лепп // Судостроение. -1980.-№5.-С. 10-13.

27. Лепп, Ю. Ф. Оценка энергоемкости бортовых конструкций танкеров при столкновениях / Ю. Ф. Лепп // Судостроение. 1978, №8. - С. 6-9.

28. Лепп, Ю. Ф. Танкеры, не загрязняющие море при катастрофах / Ю. Ф. Лепп // Человек, море, техника. Л.: Судостроение, 1982.

29. Лепп, Ю. Ф. Учет энергопоглощающей способности борта крупнотоннажных танкеров при столкновении / Ю. Ф. Лепп // Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов. ЦНИИ «Рубин». Л., 1978. -Вып. 17. - С. 115-120.

30. Логачев, С. И. Морские танкеры / С. И. Логачев. Л.: Судостроение, 1970. - 360 с.

31. Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78). Книги I и II. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2000. - 766 с. - ISBN 5-93188-027-5.

32. Международные правила предотвращения столкновений судов в море, 1972 г. (МППСС-72). М.: Моркнига, 2006. - 86 с. - ISBN 5903080-01-4.

33. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. Утверждена Председателем Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды В. И. Даниловым-Данильяном 30 ноября 1999 г.

34. Методические разъяснения по определению и взиманию платы за негативное воздействие на окружающую среду с учетом особенностейэкологической ситуации в Нижегородской области. Утверждены постановлением Правительства области от 30 декабря 2003 г. №387.

35. Нестеров, А. Б. Инженерный способ оценки объема повреждений в случае аварийного столкновения судов на встречных курсах под острым углом / А. Б. Нестеров // Труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. -СПб., 2006. Вып. 28 (312). - С. 87-98. - ISSN 0869-8422.

36. Нестеров, А. Б. Исследование эффективности конструктивной бортовой защиты при аварийном столкновении судов / А. Б. Нестеров // Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов. ЦНИИ «Рубин». Л., 1984. - Вып. 40. - С. 46-52.

37. Нестеров, А. Б. Методология обеспечения безопасности судов при навигационных авариях путем регламентации размеров конструктивных элементов корпуса / А. Б. Нестеров, Е. М. Апполонов // Судостроение. 2004. - №4. - С. 25-28.

38. Основные требования к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 21 августа 2000 г. №613.

39. Пат. 2108262 Россия, МПК6 В 63 В 3/20, 3/24. Двойной борт судна / Нестеров А. Б. №95110311/28; заявлено 19.06.95. - 5 с.

40. Пат. 2286282 Россия, МПК7 В63 В 3/00. Мелкосидящий танкер / Кузнецова Т. А. №2004121445/11; заявлено 13.07.2004; опубл. 27.10.2006, Бюл. № 30. - 5 с.

41. Пономарев, И. М. Формальная оценка безопасности эксплуатации танкеров / И. М. Пономарев, В. К. Трунин, Н. А. Шишкарева // Науч. техн. сб. Российского Морского Регистра Судоходства. - СПб., 2000. -Вып. 23. - С. 16-32. - ISBN 5-89331-050-0.

42. Правила Российского Речного Регистра (в 4-х тт.). М.: По Волге, 2002. - Т. 2. - ISBN 5-901916-04-2, ISBN 5-901916-06-9.

43. Прочность судов внутреннего плавания: справочник / В. В. Давыдов, Н. В. Маттес, И. Н. Сиверцев, И. И. Трянин. М.: Транспорт, 1978. - 520 с.

44. Решетов, Н. А. Безопасность мореплавания: принципы, подходы, направления и перспективы повышения уровня / Н. А. Решетов, С. С. Кощий, В. К. Трунин // Морской вестник. 2002, № 4. - С. 45-48.

45. Родионов, Н. Н. Современные танкеры / Н. Н. Родионов. JL: Судостроение, 1970.- 277 с.

46. Свечников, О. И. Эффективность повышения надежности корпусов речных судов / О. И. Свечников. М.: Транспорт, 1981. - 150 с.

47. Свечников, О. И. Вопросы железобетонного и стального судостроения / О. И. Свечников // Труды ГИИВТа. Горький, 1966. - Вып. 69. - С. 77-87.

48. Соларев, Н. Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов / Н. Ф. Соларев. М.: Транспорт, 1980. - 215 с.

49. Соларев, Н. Ф. Управление судами и составами / Н. Ф. Соларев, В. И. Белоглазов, В. А. Тронин. -М.: Транспорт, 1983. 296 с.

50. Соломатина, Ю. А. Определение понятия столкновения судов / Ю. А. Соломатина, В. В. Федорова, Я. Я. Эглит // Актуальные проблемы транспорта: сборник научно-технических трудов. Т. 4. Российская Академия Транспорта. - СПб.: ГУВК, 2003. - С. 59-63.

51. Состояние аварийности на флоте и меры ее профилактики // Морской флот. 2003, № 1. - С. 14-16.

52. Справочник маневренных характеристик судов / Главная инспекция по безопасности судоходства и охране объектов. М., 1989. -319с.

53. Справочник по серийным транспортным судам (в 12-ти тт.). -Т. 1.-М.: Транспорт, 1972.-224 с.-Т. 11.-М., 1995. -213 с.

54. Справочник по строительной механике корабля / Г. В. Бойцов, О. М. Палий, В. А. Постнов, В. С. Чувиковский. JI.: Судостроение, 1982.-Т. 1.-376 с.

55. Справочник по теории корабля / Я. И. Войткунский, Р. Я. Пер-шиц, И. А. Титов. Л: Судостроение, 1973. - 512 с.

56. Справочник эксплуатационника речного транспорта / С. М. Пьяных и др.. М.: Транспорт, 1995. - 360 с. - ISBN 2-277-01705-4.

57. Тронин, В. А. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Судовождение на внутренних водных путях» / В.

58. A. Тронин. Н. Новгород, ВГАВТ, 1996. - 22 с.

59. Филиппео, М. В. Статические испытания моделей конструктивной защиты АЭУ при столкновении судов / М. В. Филиппео, Ю. Ф. Лепп // Теоретические исследования. Машинописный отчет предприятия п/я В-8662, 1969. Вып. 13696.-241 с.

60. Шмаков, В. М. Расчеты ходкости на ЭВМ: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов /

61. B. М. Шмаков. Горький, ГИИВТ. - 1989. - 11 с.

62. Якута И. В. Обеспечение конструктивной безопасности при столкновении судов: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.22.19 / Якута Ирина Владимировна. Калининград, 2007. - 24 с.

63. Broekhuijsen, J. Q. N. First of two gastanker barges delivered / J. Q. N. Broekhuijsen, J. W. L. Ludolphy // Schiff und Hafen. 2002, №11. -P. 22-23.

64. Glykas, A. Energy absorption capacity of steel plates under lateral loading / A. Glykas, E. Samuelides, P. K. Das // Proc. 6th Int. offshore and polar eng. conf. Los Angeles, Calif., 1996. - Vol. 4. - P. 501-509.

65. Hisashi, I. Collision resistance of an NKK double-hulled tanker /1. Hisashi, G.Takaaki, H. Toshihide, K. Haruhiko, K. Kimio, S. Hirokazu // NKK Techn. Rev. 1994, № 71. - P. 31-38.

66. Lenselink, H. Numerical simulations of the Dutch-Japanese full scale ship collision tests / H. Lenselink, K. G. Thung // Компьютерные технологии MSC.Software в судостроении. -M., 2002. С. 306-320.

67. Kuroiwa, Т. Study on structural damage of ship due to collision and grounding / T. Kuroiwa, T. Nakamura, Y. Kawamoto, M. Kondo // 4th Int. offshore and polar eng. conf. Osaka, 1994. - Vol. 4. - P. 416-420.

68. Norman, J. A study of plate tearing for ship collision and grounding damage / J. Norman, W. S. Jouri // J. Ship Res. 1987, 31, № 4. - P. 253-268.

69. Norman, J. Scaling of ship collision and grounding damage/ J. Norman, W. S. Jouri // IMAEM'87: 4th Int. Congr. Int. mar. assoc. east. Mediter. Varna, 1987.-P. 95/1-95/8.

70. Mizukami, M. Collision Simulation of a Double-Hulled Structure with Uni-Directional Girder System / M. Mizukami, M. Tanigawa, S. Na-gahama, S. Kamei // Proc. 6th Int. offshore and polar eng. conf. Los Angeles, Calif., 1996. - Vol. 4. - P. 523-528.

71. Paik, J. K. Cutting of a longitudinally stiffened plate by a wedge / Paik, J. K. // J. Ship Res. 1994, 38, № 4. - P. 340-348.

72. Paik, J. K. Grounding-induced sectional forces and residual strength of grounded ship hulls / J. K. Paik, P. T. Pedersen. // Proc. 6th Int. offshore and polar eng. conf. Los Angeles, Calif., 1996. - Vol. 4. - P.517-522.

73. Sheng-Kun, Z. A semi-analytical method of assessing the residual longitudinal strength of damaged ship hull / Z. Sheng-Kun, Y. Qing, M. Yang // Proc. 6th Int. offshore and polar eng. conf. Los Angeles, Calif., 1996. -Vol. 4.-P. 510-516.

74. Simonsen, B. G. Theoretical and statistical analysis of ship grounding accidents / B. G. Simonsen, P. F. Hansen // Trans. ASME. J. offshore mech. and arct. eng. 2000, 122, №3. - P. 200-207.

75. Simonsen, B. G. Grounding bottom damage and ship motion over a rock / B. G. Simonsen, T. Wierzbicki // Proc. 6th Int. offshore and polar eng. conf. Los Angeles, Calif., 1996. - Vol. 4. - P. 476-482.

76. Steen, G. Neue doppelhüllenkonzeption zum schütz der umweit / G. Steen // Schiff und Hafen. 2004, №1. - P. 31-33.

77. Woisin, G. Instantaneous loss of energy with unsymmetric ship collisions / G. Woisin // Schiff und Hafen. 1988, 40, №1. - P. 50-55.