Обоснование типа малого контейнеровоза для социалистической Республики Вьетнам

Чан Нгок Ту

Проектирование и конструкция судов

автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Обоснование типа малого контейнеровоза для социалистической Республики Вьетнам

кандидата технических наук: Чан Нгок Ту
город: Санкт-Петербург
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.08.03
цена: 450 рублей

Диссертация по кораблестроению на тему «Обоснование типа малого контейнеровоза для социалистической Республики Вьетнам»

Автореферат диссертации по теме "Обоснование типа малого контейнеровоза для социалистической Республики Вьетнам"

УДК 629.12.001.

На правах рукописи

(Ь>

¿У^ .

ЧАН НГОК ТУ

ОБОСНОВАНИЕ ТИПА МАЛОГО КОНТЕЙНЕРОВОЗА ДЛЯ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

Специальность 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2і мар гт

005050787

Санкт-Петербург 2013

005050787

Диссертационная работа выполнена на кафедре проектирования судов ФГБО^ ЗПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Букшсз Анатолий Владимирович

Официальные оппоненты: Логачев Станислав Иванович

доктор технических наук, профессор, главный научный

сотрудник - зам. начальника отделения

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

Кутенев Андрей Александрович

кандидат технических наук, зам. главного инженера ОАО ЦМКБ «Алмаз»

Ведущая организация: ЗАО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота», г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится « У/?» £к/т?уЯ_2013 г. в ^^ часов на заседании диссертационного совета Д212.228.01 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете» по адресу: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. З, ауд. А-313.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГМТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета Д.212.228.01.

Автореферат разослан «У/ » Л/а/ї/ґЗ

2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н„ профессор ^"УУ^З А-И-Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется тем, что Вьетнам имеет 3260 километров береговой линии моря и развитые водные пути. В последние годы контейнерные внутренние перевозки являются одной из наиболее динамично развивающихся отраслей транспорта. Если в 2000 году контейнеропотоки на внутренних перевозках Вьетнама составляли 163 тысячи TEU, то в 2009 году они увеличились в 6,5 раз - до 1,050 млн. TEU. По прогнозам экономических специалистов Вьетнама контейнеропотоки внутренних перевозок к 2020 году превысят 3,2 млн. TEU.

В настоящее время контейнерный флот Вьетнама еще слаб, он обеспечивает лишь 15% от общих потребностей морских контейнерных перевозок и состоит из разнотипных судов, которые покупались за рубежом без должного учета местных условий плавания. С другой стороны, общие закономерности относительно экономической эффективности осуществления фидерных перевозок на морских судах ограниченного района плавания слабо изучены.

В соответствии с планированием развития морских перевозок правительства Вьетнама до 2020г. и в перспективе до 2030 г. - необходимо пополнять транспортный флот каботажными контейнеровозам контейнеровместимостью от 200 до 800 TEU, чтобы обеспечить потребности контейнеропотоков внутренних перевозок.

Таким образом, задача пополнения каботажного флота - определение его состава и оптимальных характеристик транспортных судов на основе изучения логистики контейнерных перевозок, представляется актуальной для перспективного развития Вьетнама,

Исследование базируется на основных положениях теории проектирования судов, теории оптимизации, теории математической статистики. Отмечено, что такие ученые, как Ашик В.В., Ногид JI.M., Нечаев Ю.И., Бронников A.B., Бурменский А. Д., Войткунский Я.И., Логачев С.И., Краев В.И., Власов В.А., Захаров A.C., Мытник H.A., Никитин Н.В., Chneekluth. Н. и другие посвятили свои работы развитию теории проектирования судов. Исследование системного подхода к методам оптимизации осуществлялось в соответствии с принципами, изложенными в работах Пашина В.М. и Гайковича А.И..

Целью диссертационной работы являются разработка теоретических основ и создание практического метода формирования технико-экономического задания на проектирование перспективного типа контейнерного судна малого тоннажа, учитывающего национальные особенности экономики и географии судоходства Вьетнама.

Для достижения целей диссертационного исследования поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование природно-географических характеристик рассматриваемого района эксплуатации.

2. Исследование характеристик морских контейнерных портов и береговой инфраструктуры.

3. Анализ существующих и перспективных транспортных контейнеропотоков на внутренних перевозках.

4. Разработка процедуры определения необходимого количества контейнеровозов и их характеристик, которые должны соответствовать данному грузопотоку.

5. Анализ архитектурно-конструктивных особенностей современных контейнеровозов традиционного и открытого типов и обоснование рациональной схемы общего расположения рассматриваемых типов контейнеровозов.

6. Разработка математических моделей проектирования малого контейнеровоза (ММПК) на основе разработанной структуры технико-экономического задания. Разработка критериев оптимизации и алгоритма определения основных элементов судна для перевозки контейнеризированных грузов.

7. Создание программного обеспечения для ЭВМ, реализующее разработанные ММПК.

Объектом исследования в данной диссертации являются особенности фидерных контейнеровозов традиционного и открытого типов, характеристики контейнеропотоков на побережье Вьетнама, а также элементы береговой инфраструктуры, методика выбора наиболее эффективного типа контейнеровоза и состава флота судов для транспортировки контейнеров на внутренних перевозках Вьетнама.

Методы исследования. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели в исследованиях технико-экономических показателей использованы методы математической статистики, методы системного анализа, методы математического моделирования, методы математического программирования на языке Visual Basic и др., требуемые для исследования вышеперечисленных элементов и применяемые в судостроении и в других областях создания сложной техники.

При создании математической модели проектирования малого контейнеровоза использованы основные методики и аппарат теории проектирования судов с учетом дополнений, разработанных в настоящем исследовании.

Информационная база исследования. В числе информационных источников использовались русская и иностранная литература по проектированию судов, книги, журнальные статьи, научные доклады, материалы научных конференций.

Научную новизну результатов исследования составляют:

1. Результаты исследования особенностей транспортировки контейнеров на каботажных линиях в условиях Вьетнама.

2. Предложенный новый способ определения главных размерений контейнеровозов, основанный на комплексном учете геометрических и конструктивных факторов размещения контейнеров в грузовых трюмах, включая зависимость для определения высоты надводного борта судна открытого типа, допустимая по условиям заливаемости и используемая в ММПК в качестве ограничения.

3. Методика и соответствующая ей математическая модель оптимизации элементов контейнеровозов традиционного и открытого типов на начальных стадиях проектирования. ММПК представляет собой совокупность аналитических зависимостей и логических связей между ними, описывающих процесс проектирования контейнеровозов. В качестве таких зависимостей в диссертации используется откорректированные и вновь полученные формулы, учитывающие практику проектирования современных контейнеровозов.

Теоретическое значение исследования. Созданы математические модели проектирования малых контейнерных судов традиционного и открытого типов с учетом особенностей грузопотоков, береговой инфраструктуры и гидрометеорологических условий районов эксплуатации, которые могут использоваться при оптимизации структуры каботажного флота Вьетнама.

Практичная ценность работы состоит в исследовании особенностей контейнеровозов как объекта оптимизации, корректировке и получении новых зависимостей для определения главных размерений судна Разработанные методики и комплексы программ для начального проектирования контейнеровозов традиционного и открытого типов позволяют выбрать рациональный тип контейнеровоза на рассматриваемых линиях эксплуатации.

На зашиту выносятся следующие основные результаты:

1. Алгоритм обоснования состава контейнерного флота.

2. Методика определения главных размерений фидерных контейнеровозов, основанная на принципе проектирования судна от параметров грузового размещения контейнеров.

3. Математическая модель оптимизации элементов контейнеровозов традиционного и открытого типов.

4. Анализ адекватности и чувствительности разработанных ММПК.

Апробация работы. Наиболее важные результаты исследования докладывались на конференции «Моринтех» (2008 г.), на конференции НТО судостроителей им. А.Н. Крыло-

ва «Круглый стол» (2008 г.) и на научных семинарах секции «Проектирование судов» ЦП НТО им. А.Н. Крылова (2011 и 2012 г.г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 6 печатных работ (5 в соавторстве), в том числе, - 3 работы в рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень, одобренный ВАК, зарегистрировано 2 программы для ЭВМ. При этом в одной публикации доля диссертанта составляет 100%, в 2-х - 80%, в 3-х - 50%.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 141 страницу основного текста (включая 69 рисунков и 26 таблиц) и 3 страницы оглавления. Список использованных источников включает 135 наименований и занимает 10 страниц. Приложения 1- 4 имеют объем 32 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования и определены последовательность и направления решения поставленных задач.

В первой главе приводятся результаты исследования природно-климатических, навигационных и гидрологических характеристик каботажных линий Вьетнама (рис.1).

Выполненное исследование базируется на картах и лоциях морского региона Вьетнама, гидрологических, гидрометеорологических и сейсмических картах и пр, что позволило сделать следующие основные выводы:

• проектируемые судна, обслуживающие каботажные линии Вьетнама, могут иметь класс Российского Морского Регистра Судоходства R2 по ограничению района плавания вдоль всего побережья, а для некоторых каботажных линий - класс R3;

• количество штормовых дней, когда эксплуатация судов затруднена или запрещена, находится на уровне 20-30 суток в году между северной и центральной частями, и 15 суток для южного части;

• количество дней в году, когда вход в порт запрещен, в том числе, по причинам плохой видимости, регламентируется портовым властями и находится в пределах 12-15;

• предельная осадка судов, заходящих в порты в северной части Вьетнама не должна превышать dmax = 6,7 м (для портов Hai Phong);

• предельная осадка судов, заходящих в порты в центральной части не должна превышать d„,ш =10,0 м (для портов DaNang);

• предельная осадка судов, заходящих в порты в южной части не должна превышать dmax =8,5 м (для города Но Chi Minh) и dmas =7,5м (для портов Can Tho).

Во второй главе проводится анализ существующих и перспективных транспортных контейнеропотоков на внутренних перевозах, существующей береговой инфраструктуры морских контейнерных портов и судостроительно-судоремонтных мощностей.

Несмотря на то, что количество морских портов, обслуживающих универсальные и контейнерные судна достаточно велико (рис.1) и они распределены относительно равномерно вдоль береговой линии, основной внутренний контейнеропоток связывает север и юг, а конкретно - города Hai Phong, Но Chi Minh и вышеуказанные города с центральной частью - портом Da Nang, на которые приходится более 90% общего внутреннего контейнерного потока. На остальные города приходится около 10% контейнеропотока (рис.2).

Исходя из этого, можно выделить три основных направления каботажных перевозок, применительно к которым целесообразно рассмотреть проблему пополнения флота контейнеровозов.

1€Юмилг> Quail g JvinJj Hai

• первая линия: Hai Phong - Но Chi Minh, протяженность около 800 миль;

• вторая линия: Hai Phong - Da Nang, 310 миль;

• третья линия: Da Nang - Но Chi Minh, 510 миль.

Изучение характеристик существующей береговой инфраструктуры контейнерных портов, расположенных на основных каботажных линиях, позволило установить следующие:

• контейнерные порты имеют высокопроизводительные краны-перегружатели, поэтому нет необходимости снабжать контейнеровозы судовыми грузовыми средствами для перегрузки контейнеров;

• количество контейнерных причалов, обслуживающих каботажные линии в портах Hai Phong, Но Chi Minh и Da "Nang составляет 5, 3 и 1 причал соответственно;

• при расчете стоянки судов следует учитывать достижимую среднюю скорость грузообработки в портах на одном причале: Hai Phong 40 контейнеров в час; Но Chi Minh 88 контейнеров в час; Da Nang 50 контейнеров в час.

Исследование судостроительных и судоремонтных мощностей верфей Вьетнама с целью определения мощности и максимальных дедвейтов судна, которые могут быть построены и ремонтироваться в условиях Вьетнама, показало, что судостроительные верфи СРВ обладают достаточными мощностями, чтобы удовлетворить спрос на постройку и ремонт контейнерных судов с контейнеров-местимостью, соответствующей оптимальной для каботажных перевозок Рис.2. Внутренний контейнеропоток в различных j qqq XEU)

городах Вьетнама

В третьей главе излагается построение алгоритма обоснования состава контейнерного флота для транспортировки контейнеров на каботажных линиях.

Схему последовательности обоснования состава контейнерного флота можно представить в виде нескольких блоков (рис.3).

Рис. 1. Карт расположения морских портов Вьетнама

Рис.3. Алгоритм расчета состава контейнерного флота А - контейнеропоток; пк - контейнеровместимость судна; М - требуемое количество транспортных судов; V - скорость судна; М,у,„ - максимальное допустимое количество контейнеровозов на рассматриваемой линии исходя из недопущения простоя судов в ожидании постановки судна к причалу для грузообработки.

Блок 1. Уточнение годового контейнеропотока на заданном маршруте в соответствии с прогнозом развития перевозок контейнеров.

Блок 2. Информация об инфраструктуре портов и характеристиках линии эксплуатации.

Блок 3. Определение диапазона изменения основных эксплуатационных характеристик судов-претендентов, предназначаемых для данной линии эксплуатации - контейнеровме-стимости пк, и скорости v, - исходя из особенностей предполагаемого района эксплуатации и величин контейнеропотока А, включая навигационные ограничения.

Блок 4. Расчет времени кругового рейса с учетом особенностей типов контейнеровозов.

Структура времени кругового рейса контейнеровоза для рассматриваемого региона определяется по формуле:

>реж = 1ход+'т+и + <„р, (I)

где: 1ход - ходовое время кругового рейса в открытом море, час.; - время плавания по подходным каналам, час; 1ст - время стоянки судна в портах с грузовыми операциями, час; 1„р - время, затрачиваемое на негрузовые операции, час.

Продолжительность кругового рейса, зависящая от типа контейнеровоза, инфраструктуры портов и характеристик линии эксплуатации, может быть определена по формулам (2) и (3).

т/юд .

сутки, (2)

для контейнеровозов традиционного типа ¡рейс

, 2Ц/.Д +(/..);} , ( 2пк | 2п, ^ П, П2

„ .от

для контейнеровозов открытого типа Í

рейс '

, сутки, (3)

U, "г

где: 1ШС - длина линии эксплуатации в открытом море между портами назначения, мили; v,KC - эксплуатационная скорость, уз.; (/„„),, (1„к)2- Длина подходных каналов в портах отправления и назначения соответственно, мили; vnK - допустимая скорость плавания по подходным каналам, уз.; /„,- время открывания/закрывания люковых крышек; 1Ч, - время крепления/раскрепления палубных контейнеров; Il¡ и П2 - общая производительность береговых перегрузочных устройств на одном причале в порту отправления и порту назначения соответственно, конт./час.

Блок 5. Разработка логистической модели (JIM), предназначенной для определения необходимого количества транспортных судов М, контейнеровместимости щ и скорости v, совокупность которых в течение года реализует необходимую транспортную мощность при заданном контейнеропотоке А, на заданном направлении /:

F(v, nk, M)=A¡, (4)

где: v, оптимизируемые характеристики; A¡ - величина годового контейнеропотока

на /-ом направлении.

Необходимое количество контейнеровозов М для обслуживания годового контейнеропотока А,:

• При использовании контейнеровозов традиционного типа:

w _ _ ' Г""__/^Ч

трад 2(365 -Тр- Т^ )nt '

• При использовании контейнеровозов открытого типа:

м. =-—-. (6)

2(365 - Тр — Тшт )nk

где: Тр - суммарная продолжительность ежегодного текущего ремонта и распределенная на один год продолжительность докового ремонта; Тшт - потери эксплуатационного времени из-за ограничения плавания по штормовым условиям и ограничений по входу в порт.

Формулы (5) и (6) связывают четыре параметра состава транспортного флота: количество судов, типы контейнеровозов, их контейнеровместимости и скорости, призванные обеспечить заданный контейнеропоток, образуя логистическую модель морской транспортировки контейнеров по заданному направлению, что позволяет создать дискретное поле параметров состава флота

Блок 6. В процессе работы линейного флота могут возникнуть обстоятельства, которые приведут к нарушению расписания движения судов. В первую очередь к ним относится занятость причалов, заставляющая суда ожидать очереди на погрузку-разгрузку. Такие задержки делают логистику работы флота неэффективной. Особенно чувствительно отражаются такие задержки на контейнеровозах, работающих по строгому расписанию на коротких линиях. Вследствие этого необходимо ввести в модель проверочное условие, которое должно ограничивать максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии для /-го порта, т.е.:

(М^), Zt^XN^./tr, (7)

где: (Л'„Д - количество контейнерных причалов в i-ом порту; t'm- время стоянки в /-ом порту.

Так как количества контейнерных причалов, обслуживающих контейнеровозы (N„p)h и стояночное время в портах на одной линии различны, максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии в целом будет определяться выбором:

Мао„ = min(M)„„),, (8)

где: (А/ ,,,,„), - максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии, определенное по формуле (7), которое могут принимать порты отправления и назначения соответственно.

Блок 7. Для обслуживания заданного контейнеропотока А с ограничением максимального допустимого количества контейнеровозов на линии МЛ,„ получаем матрицу состава флота в зависимости от типа контейнеровоза, контейнеровместимости и скорости М = ßjnun судна, п/,, v).

Елок 8. В тех случаях, когда количество контейнеровозов М,„,„, необходимое для обслуживания заданного контейнеропотока А превышает максимальное допустимое М, или М2, для обеспечения эффективности работы флота необходимо увеличивать максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии путем изменения инфраструктуры портов (либо увеличением общей производительности береговых перегрузочных устройств на одном причале, либо увеличением числа причалов).

Пример массовых расчетов матрицы состава судов для перевозки грузов на маршруте Hai Phong - Но Chi Minh, на который приходится более 90% общего внутреннего контейнерного потока Вьетнама представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Состав флота для обслуживания 1,34 млн. TEU на маршруте Hai Phong - Но Chi Minh __ при использовании различных типов контейнеровозов_

Тип контейнеровозов. трад. тип v, узл. 14 иА=500 TEU «i=600 TEU nt=700 TEU h,t=800 TEU

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

"рас 41 М 32 Мдап 29 Преас 39 А/ 28 M<i0„ 26 Пр*ас М мдо„ Прыс М Мдог, 22

38 25 24 37 23

15 43 31 28 41 27 25 40 24 23 38 22 21

16 45 30 27 43 26 24 41 23 22 40 21 20

17 46 29 26 44 25 23 43 22 21 41 20 20

18 48 28 25 46 24 22 44 22 21 42 20 19

19 50 27 24 47 24 22 45 40 21 24 20 43 20 18

откр. тип 14 44 зо 34 _42 26 29 26 39 21 24

15 46 29 32 44 25 28 42 23 25 41 20 23

16 48 28 31 46 24 27 44 22 24 42 20 22

17 50 27 30 48 23 26 46 21 23 44 19 21

18 52 26 29 49 23 25 47 20 22 45 19 20

L 19 54 25 28 51 22 24 49 20 22 47 18 20

- превышающее максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии.

- не превышающее максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии.

На основе выполнения расчетов в диссертационном исследовании состава

каботажного контейнерного флота для трех маршрутов: Hai Phong-Ho Chi Minh; Hai Phong-Da Nang; Ho Chi Minh - Da Nang можно делать вывод о том, что:

• На маршруте Hai Phong-Ho Chi Minh.

1. Для обслуживания годового контейнеропотока 897 тысяч TEU в 2015г. возможно использования любого из двух типов контейнеровозов (традиционного и открытого типов) с контейнеровместимостью 500-800 TEU, т.к. их требуемое количество не превышает максимальное допустимое количество контейнеровозов по условиям занятости грузовых причалов.

2. Для обслуживания годового контейнеропотока 1340 тысяч TEU в 2020г. возможно использования только контейнеровозов открытого типа с контейнеровместимостью 500800 TEU, т.к. их требуемое количество не превышает максимальное допустимое количест-

во контейнеровозов по условиям занятости грузовых причалов. При использовании контейнеровозов традиционного типа требуемое количество судов превышает максимальное допустимое их количество по условиям занятости грузовых причалов. Поэтому при использовании таких контейнеровозов необходимо либо повышать производительность грузовых операции или увеличивать количество причалов.

3. При одной и той же контейнеровместимости для обслуживания контейнеропотока 897 тысяч TEU и 1340 тысяч TEU, требуемое количество контейнеровозов открытого типа на 1 или 2 судна меньше количества контейнеровозов традиционного типа, в зависимости от скорости судна.

• На маршрутах Hai Phong-Da Nang; Но Chi Minh-Da Nang.

Для обслуживания годового контейнеропотока 35 и 60 тысяч TEU соответственно в 2015 г. и 2020 г. на этих маршрутах требуется меньше одного судна с контейнеровмести-мостью 500 TEU и скоростью 14 узлов. Учитывая незначительность контейнеропотока на данных маршрутах и с целью унификации типоразмеров каботажных контейнеровозов для Вьетнама, выбор параметров контейнеровозов для этих линий следует согласовывать с типом контейнеровозов для более напряженной линии Hai Phong - Но Chi Minh.

В четвертой главе рассматривается эволюция архитектурно-конструктивного типа (АКТ) контейнеровозов. Отмечены особенности АКТ современных фидерных контейнеровозов традиционного и открытого типов, на основании которых рассматриваются вопросы проектирования этих типов судов. Приведены аналитические зависимости и рекомендации для определения главных размерений судна в зависимости от геометрических и конструктивных факторов размещения контейнеров в грузовых трюмах.

На основании анализа особенностей АКТ построенных современных фидерных контейнеровозов традиционного и открытого типов, в ММПК был прият следующие АКТ перспективного фидерного контейнеровоза: судно одновинтовое с двойным дном и двойными бортами, гладкопалубное, с бульбообразной носовой оконечностью и транцевой кормой, с кормовым расположением МО, жилая надстройка в виде рубки располагается за ахтерпиковой переборкой, на палубе располагаются дополнительные штабели контейнеров над МО.

Основные различия в АКТ заключаются в увеличенной высоте надводного борта судов открытого типа и наличии высоких комингсов, защищающих трюмы от заливания.

Для разработки методики проектирования фидерных контейнеровозов традиционного и открытого типа, необходимо рассмотреть особенности определения их главных размерений.

Особенности определения длины судна

Для контейнеровозов традиционного и открытого типов контейнеровместимостью до 2000 TEU существует схожая схема размещения контейнеров по длине судна (рис.4).

dT 1

Ltp

Рис.4. Расчетная схема определения длины фидерных контейнеровозов открытого и

традиционного типа Длину между перпендикулярами Ь через ее составляющие можно записать так:

L— L¡¡, + L„

(9)

где: Ьф - длина форпика; ¿„> - длина отделения подруливающего устройства; Ьпр - суммарная длина грузовых трюмов; Ьм0 - длина машинного отделения; длина ахтерпика

Обработка статистических данных о фидерных контейнеровозах дает следующие формулы, определяющие составляющие длины судна:

Ьф =0,052 ¿; ¿„ =0,06 ¿„ у. =0,018 V, =0,119£+2,27 (10)

Суммарная длина грузовых трюмов ¿„^определяется по формуле:

і-тр = ктр пшт ітеіі (11)

где: /ш,- длина стандартного 20-й контейнера, м (1Ш, =6,1 м); «„ - число трюмных штабелей 20-Л контейнеров; к,„р - коэффициент зазоров группы грузовых трюмов, учитывающий габаритные размеры коробчатых поперечных переборок, блоков коробчатых ячеистых конструкций и все зазоры между контейнерами, направляющими и т.д. Значение коэффициента ктр получено как среднестатистическое для множества судов с различными схемами разделения корпуса на грузовые трюмы.

¿„р=1,163±0,035 (12)

В равной степени коэффициент ктр может характеризовать зазоры в каждом из трюмов в отдельности, тогда длина одного контейнерного трюма в зависимости от числа штабелей 20-й контейнеров в трюме может быть определена так, как указано в таблице 2.

Таблица 2.

Длина контейнерного трюма, приятная в математической модели проектирования контей-

неровозов (ММПК) в зависимости от числа штабелей

Число штабелей контейнеров 1Тки =6,1 м в трюме 2 3 4

Длина контейнерного трюма 1„„=\,\ЬЪпи,„, м 14,20 21,30 28,40

Подставив (10), (11) и (12) в (9) получим уравнение длины судна, зависящей от числа

трюмных штабелей 20-й контейнеров

Ь = 9,45пшт + 3,02, м (13)

Особенности определения ширины судна

Полная ширина контейнеровоза В традиционного и открытого типов определяется совокупностью ширины трюма Втр и ширины двойных бортов Ьм-,:

В = Втр+2Ьм (14)

Таким образом, для выбора ширины контейнеровоза двух типов в соответствии с формулой (14) необходимо определить ширину грузового трюма В„р и ширину междубортного пространства (двойного борта) Ь,Л.

Для определения ширины трюма Втр двух типов контейнеровозов была использована методика Гайкович А.И.:

Втр = кіп„рЬК, (15)

где: кі= 1,11 - 0,005«„,р - коэффициент, учитывающий зазоры между контейнерами, откорректированный по современным данным; п„р - максимальное число контейнеров в поперечном ряду в трюме; Ь„-ширина контейнера.

Ширина междубортного пространства (двойного борта) Ьм контейнеровозов традиционного типа определяется в зависимости от варианта схем расположения палубных контейнеров по ширине судна. Существует три таких варианта (рис.5).

• Вариант 1. Количество контейнеров в поперечном ряду в трюме и на палубе равны:

"тр Нпат

• Вариант 2. Количество контейнеров в поперечном ряду на палубе на один больше, чем в трюме: = птр+ 1.

• Вариант 3. Количество контейнеров в поперечном ряду на палубе на два больше, чем в трюме: пП1, = птр+ 2.

Вариант 1

Вариант 2. п„ = пт„+ 1 Вариант 3. «„,„ = пт Рис. 5. Возможные варианты размещения палубных контейнеров

Особенностью второго и третьего вариантов является полное использование ширины судна для размещения палубных контейнеров, т.е. плоскости продольных наружных стенок контейнеров практически совпадают с продолжением борта судна.

Вариант 1 редко встречается в практике, а вариант 3 применяется для судов, имеющих контейнеровмести-мость более 1000 ТЕи. Поэтому они г 4 6 в ю 12 14 16«.» исключены из дальнейшего рассмотре-Рис. 6. Абсолютные значения ширины двойного ния

борта 6й5, при различных вариантах размещения Вариант 2 используется на фидер-

штабелей контейнеров по ширине на палубе ных контейнеровозах. В соответствии с судна таким вариантом, ширина двойного

борта контейнеровоза может быть определена на основании статистических данных (рис. 6) по формуле (16).

6^=2,12 - 0,094«^ (16)

Таким образом, окончательная ширина судна, зависящая от числа трюмных контейнеров в поперечном ряду птр, с учетом (14), (15) и (16):

В = (1,11 -0,0048«^) птрЬк + 2(2,12-0,094 птр), м (17)

Особенности определения высоты борта судна • Контейнеровоз традиционного типа

Для контейнеровозов традиционного типа, значение высоты борта судна Н складывается из высоты двойного дна 1гм и глубины трюма Итр (рис.7):

Н=ИМ + Ит

(18)

Глубина трюма Итр зависит от числа ярусов трюмных контейнеров:

где: Пар - число ярусов контейнеров в трюме; Ик - высота контейнера; Ик, - высота комингса люка.

Рис. 7. Схема определения высоты Значение высоты комингса люка для совре-

борта контейнеровоза традицион- менных контейнеровозов традиционного типа со-ноготипа ставляет Иы = 1,7±0,1 м, что с учетом толщины

крышек люков обеспечивает возможность свободного прохода по верхней палубе судна под контейнерами, опирающими одной стороной на крышки люка.

Для определения высоты второго дна /г,„, можно использовать два способа: Первый способ: определение высоты второго дна /;,„, путем использования коэффициента второго дна (рис.8).

0 576 (20) где: к,„, 0,29 пяр - - коэффициент высоты второго дна.

Таким образом, высота борта контейнеровоза традиционного типа может бьггь получена следующим образом:

Я = Им + кЩ1 = (пярИК~ 1,7)/(1- 0,29 пя„°'ль)

(21)

О 500 1000 1500 2000 2500 ЗООО"^1™

Рис.8. Зависимость коэффициента высоты Рис.9. Зависимость высоты двойного дна от второго дна км от числа ярусов контейнеров контейнервместимости судна

в трюме Пар

Второй способ: определение высоты второго дна Им через его абсолютные значения, которые по статистическим данным представлены на рис. 9

Таким образом, высота борта контейнеровоза традиционного типа может быть описана более простой формулой:

Н = й<и + = 0,49«40|6+ пяг)1К - 1,7 (22)

Определение высоты борта контейнеровозов традиционного типа с помощью формул (21) и (22) дает приблизительные одинаковые результаты. В ММПК для определения высоты борта контейнеровозов традиционного типа, использована формула (22) как более простая и учитывающая контейнеровместимость пк.

• Контейнеровоз открытого типа. Учет заливаемости судна.

В отличие от контейнеровозов традиционного типа, у контейнеровозов открытого типа отсутствует прямое влияние геометрических параметров груза на величину высоты борта И. Т.е. высота борта контейнеровозов открытого типа зависит в меньшей степени от числа ярусов контейнеров в трюме (рис. 10).

В общем случае высота борта контейнеровоза открытого типа определяется'

Н=Г+Т> (23)

где: /• - высота надводного борта, Т-осадка судна.

Значение осадки судна Т, входящее в формулу (23), определяется в процессе решения уравнения нагрузки.

Значение высоты надводного борта Р контейнеровозов открытого типа, входящее в формулу (23), выбирается на основе удовлетворения следующих требований к: минимально допустимой высоте наводного борта по Правилам о грузовой марке Р„,„; непотопляемости; остойчивости, качке и прочности; предотвращению заливаемости открытых грузовых трюмов.

Первые из трех вышеперечисленных требований удовлетворяются так же, как для контейнеровозов традиционного типа.

Обработка статистических данных о современных контейнеровозах контейнеровме-стимосгью до 4000 ТЕи показывает, что отношение И/Т у контейнеровозовотрытого типа составляет Я/Т=1,25-2,40, а у контейнеровозов традиционного типа - ///7=1.21-1,50. Т.е. высота наводного борта при одинаковой контейнеровместимости у контейнеровозов отрытого типа больше, чем у контейнеровозов традиционного типа. Столь большое различие в отношениях Я/7" может быть объяснено только необходимостью создания условий для уменьшения заливаемости открытых грузовых трюмов. Поэтому при формировании высоты надводного борта Г необходимо учитывать требования к предотвращению заливаемости открытых грузовых трюмов.

Таким образом, одной из основных проблем проектирования контейнеровозов отрытого типа является уменьшение или предотвращение заливаемости открытых грузовых трюмов. Для полной оценки проекта судна на заливаемость, как правило, проводят численные эксперименты или испытания моделей судов в опытовых бассейнах. Эти достаточно сложные и трудоемкие приемы не могут быть использованы в процедурах оптимизации в математических моделях начального проектирования судов. Поэтому для оценки влияния высоты борта в математической модели начального проектирования контейнеровозов открытого типа предлагается ввести требование по попаданию в трюм судна минимального количества забортной воды во время шторма Тогда минимальная высота надводного борта накрененного угла в судна, обеспечивающая незаливаемость, должна равняться:

Рис.10. Схема определения минимальной высоты надводного борта из условия заливаемости открытых трюмов

-ик, соб0,

(24)

2сОБ0

где- И„ - высота волны, за которую можно принять высоту волны 3%-й обеспеченности в заданном районе эксплуатации, м; в - амплитуда бортовой качки судна, град; В - ширина судна, м; б,*; - ширина двойного борта судна, м; К, - высота защитного комингса люка, м. Выбор теоретического чертежа в ММПК

Для более точных расчетов контейнеровместимости, остойчивости и ходкости судна необходимо иметь теоретический чертеж, встроенный в ММПК. В работе используются модели систематической серии ББРА, т.к. их характеристики соответствуют характеристикам современных контейнеровозов, а диапазон их изменения позволяет проводить оптимизационные расчеты.

Расчет ходкости в ММПК

В диссертации разработаны аналитические зависимости, заменяющие графическую информацию при расчетах коэффициента остаточного сопротивления.

Пространственное размещение контейнеров в грузовых трюмах и на палубе При составлении схемы использования внутреннего пространства корпуса необходимо учитывать согласование размеров грузовых помещений с обводами корпуса по длине, ширине и высоте борта судна.

■ В математической модели размещение контейнеров в трюмах подразумевается следующее:

- контейнеры размещаются длинной стороной параллельно диаметральной плоскости;

- центр тяжести груженого контейнера размещается в его геометрическом центре;

- размер зазора между верхним трюмным контейнером и нижним палубным контейнером 0,8 м для контейнеровозов традиционного типа, а для контейнеровозов открытого типа такой зазор в трюмах без люковых закрытий - отсутствует;

- зазор между контуром контейнера и линией теоретического шпангоута в любом месте по длине судна не менее одного метра по ширине;

- должна сохраняться четность по числу контейнеров в вышележащих ярусах по сравнению с нижележащими ярусами, что необходимо для применения ячеистой конструкции трюмов;

- для контейнеровоза традиционного типа с рассматриваемой контейнеровместимостью (до 1000 ТЕи), число контейнеров в ряду палубного яруса на один больше по сравнению с верхним трюмным ярусом того же штабеля;

- для контейнеровоза открытого типа, число контейнеров в ряду палубного яруса равно числу контейнеров верхнего трюмного яруса того же штабеля в открытых трюмах.

В процессе размещения контейнеров на палубе число ярусов палубных контейнеров определяется предварительно проектантом по статистическим материалам, а затем уточняется после решения уравнения масс и расчета остойчивости судна.

После размещения контейнеров в грузовых трюмах и на палубе производится расчет теоретической контейнеровместимости и координат центра тяжести контейнеров. Уравнение нагрузки

Уравнение нагрузки, реализуемое в модели для двух типов судов, записывается в виде:

о-[і}=«;?*> (25)

где; й - водоизмещение судна; Р, -составляющие нагрузки кроме полезной грузоподъемности судна; Рк - заданная средняя масса стандартного 20-й контейнера; число контейнеров в трюмах и на палубе после выполнения работы «размещение контейнеров в грузовых трюмах и на палубе»; пк- число контейнеров, которые добавляются «+» или снимаются «-» для полного использования грузоподъемности.

Расчет нагрузки судна порожнем осуществляется методом постатейного пересчета, предлагаемой СЬпеекІиЛ, Н. Метод достаточно точен для начальных стадий проектирования и прост в реализации.

В начальном этапе проектирования значения водоизмещения судна й в формуле (25) можно определять по формуле (26) (рис. 11);

£> = 146,92и°6955 (26)

Общее число контейнеров на судне после решения уравнения нагрузки будет откорректировано как;

пк="к+"1 (27)

После этого производится перерас-

Рис. 11. Зависимость водоизмещения от контейнеровместимости судна

----- - — V I пир^рис

чет координат центра тяжести контейнеров и проверка удовлетворения требованиям задания:

"<- г - (28)

где: пк заданная контейнеровместимость судна. Если неравенство (28) выполняется, то

осуществляется переход к следующему блоку модели, в противном случае происходит обращение к переходу на другой вариант главных размерений.

Расчет остойчивости судна, балластировка и удифферентовка.

В ММПК производится проверка остойчивости проектируемого судна по требованиям к начальной метацентрической высоте, диаграмме статической остойчивости и критерию погоды (рис. 12). Если любое из вышеперечисленных требований не выполняется, то производится процедура «балластировка», предложенная А.И. Гайковичем . Т.е. прием балласта с одновременным снятием части контейнеров с верхних ярусов и возможным изменением главных размерений судна. При расчете конкретного варианта изменении главных размерений не происходит, а прием балласта с одновременным снятием части контейнеров с верхних ярусов производится до выполнения требований к остойчивости. Если после окончания балластировки требования к контейнеровместимости не выполнены, то происходит изменение главных размерений, т.е. переход к другому варианту судна. Балласт принимается сначала в цистерны второго дна, а потом в цистерны двойного борта.

Определение элементов остойчивости судна

Условие остойчивости выполнено?

Прием балласта в цистерны двойного дна со снятием контей неров верхних ярусов

Условие остойчивости выполнено?

Нет

Прием балласта в цистернах дв. бортов со снятием контейнеров верхних ярусов

Нет т

Условие контейнеровместимости выполнено?

Да

с;

Цистерны дв. бортов заполнены целиком?

выход

Нет Да

Переход на другой вариант

главных размерений судна

Рис. 12. Блок-схема процедуры «балластировка» в ММПК В процессе балластировки положение нового центра тяжести судна определяется по

формуле: _ _

£/>г, + ркпктк - рк(пк)1{гк)1+(Рб,)1(26,)1

(2,), = ~-Ъ-'

где: Р„ ij~ постоянные составляющие нагрузки и аппликаты их центров тяжести в процессе балластировки; Рк - средняя масса контейнера; пК и zk- количество контейнеров до процесса балластировки и аппликата их центра тяжести; („j^-^- количество контейнеров, снимаемых в процессе балластировки и аппликата их центра тяжести; (Р6 ) и(- ) -

количество балласта, принимаемого в процессе балластировки и аппликата его центра тяжести. При этом масса приемного балласта равна массе снимаемых контейнеров те

PMJ=(P6,)r

Общее число контейнеров на судне после балластировки определяется как:

nK=nK~{nK)j (30)

После этого происходит проверка удовлетворения требованиям задания:

~ (31)

В расчете удифферентовки проверяется возможность приема балласта с нужным положением ЦТ, обеспечивающим требуемую посадку в балластном переходе. В диссертации приведены формулы, связывающие объем балластных цистерн с нужным положением их ЦТ.

В пятой главе описано построение математической модели оптимизации элементов контейнеровозов традиционного и открытого типов на начальных стадиях проектирования Приводятся результаты тестовых и практических расчетов. Дается анализ работоспособности разработанных методик и моделей.

Задача оптимизации основных элементов контейнеровозов в данном случае формулируется как экстремальная задача математического программирования: для вектора параметров задания на проектирование С(с,,...,с<,) , определить такой вектор искомых характеристик судна (вектор оптимизируемых переменных) Х(х,,...Л), при которых функция критерия эффективности Z достигает своего экстремального значения

Z = cxlr{Z(X,C)} (32)

Общими исходными данными в ММПК традиционного и открытого типов являются: Щ - контейнеровместимость судна, TEU; Р„- средняя масса контейнера; R - дальность плавания; А - автономность по запасам провизии; и„ - численность экипажа; Tmm - ограничение осадки судна; тип перевозимого контейнера и характеристики портов оправления и назначения.

Дополнительными исходными данными в ММПК открытого типа являются высота защитного комингса люка Лкл и высота волны 3% обеспеченности А3%.

В качестве оптимизируемых элементов (компонентов вектора°Х={х,}) приняты следующие компоненты переменных:

• для контейнеровоза традиционного типа: x,=D - водоизмещение судна- х,=п -количество трюмных штабелей 20-ft контейнеров по длине судна; х,= Сь - коэффициент общей полноты; - ширина двойного борта; x5=hM - высота двойного дна; х6^птр -максимальное количество контейнеров в поперечном ряду в трюме; *7=и„ - максимальное количество ярусов контейнеров в трюме.

• для контейнеровоза открытого типа: компоненты оптимизируемых переменных от х, до такие же, как для контейнеровоза традиционного типа, а компонентом jr7 является соотношение высоты борта к осадке судна Н/Т.

Диапазоны изменения оптимизируемых переменных (*,)mln < SfoW В диссертации приведены их значения.

Исходные данные

Задание начальных величин компонентов вектора Х={х,} и шаги каждого компонентам

Определение главных размерений судна

Ограничение І-ІІ Да»

Только для контейнеровозов открытого типа

Матрица вариантов главных размерений судна

Переход на другой вариант главных размерений судна

Генерирование теор. чертежа и расчет элементов теор. чертежа

Расчет высоты минимального надводного борта, /•"„,„

Результаты оптимизации элементов судна

Р>Р„ Да*

Расчет ходкости

Расчет контейнеровместимости -1

22 Выбор оптим. варианта по критерию эффективности

21 Сопоставление экономической эффективности вариантов

20 Расчет критерия экономической эффективности

Расчет вместимости балластных цистерн

-; :

____і^Г------

Нет . •» * [условие незаливаемости — • «Д выполнено? _ •"" Да? '

Расчет нагрузки и координат центра тяжести судна

Требования к 12 I контейнеровместимости выполнены? Да!

Расчет остойчивости

Требования к остойчивости выполнены?

~ДаЦ

Условия удифферентовки выполнены?

Да*

Требования к контейнеровместимости

Да!

Требования к остойчивости выполнены?

Балластировка

Рис. 13. Блок-схема оптимизации элементов контейнеровозов традиционного и открытого типов.

Блок-схема ММПК открытого типа отличается от традиционного типа только добавлением проверки условия незаливаемости. Поэтому можно совместно представить их на одном рисунке (рис.13). При этом, в ММПК открытого типа присутствует блок 19 (условие незаливаемости), а в ММПК традиционного типа - нет.

При определении порядка выполнения расчетов использовался принцип информационной иерархии, т.е. последующие блоки ММПК использует информацию, полученную в предыдущих блоках.

В качестве основных ограничений ММПК традиционного и открытого типов могут быть приняты следующие:

I. Ограничения главных размерений, определяемые навигационными требованиями и условиями постройки: Т<Ттзх

П. Ограничения из опыта проектирования: (¿/В)тт < 1./В <(£/8)тах; (1УН)тт < Ш < (¿/Я)тах; (Н/Т)тт<Н/Т< (Н/7)тах; (В/Г)тт<В/Т< (В/Т)тах; (В///),ш„ < В/П < (Д///)тах.

В качестве критерия экономической эффективности приняты минимальные удельные приведенные затраты с учетом оборотных средств в грузах, т.е.:

$/конт.

(33)

£?„.,„ 730

где: z — min - удельные приведенные затраты на один контейнер с учетом оборотных средств в грузах; Сс - годовые эксплуатационные расходы по судну; С„ - годовые эксплуатационные расходы судна, связанный с пребыванием в порту; Кс - строительная стоимость судна; Ц- цена груза, перевозимого в одном контейнере; Е, и £, =0.12 - нормативные коэффициенты; QKOH - годовая контейнерная провозоспособность судна

Расчеты экономических показателей производится на основе формул Краева В.И., Benford, Н„ Chneekiuth, Н., Erichsen, S., и Нормативно-расчетной базы определения трудоемкости постройки судов в верфях Вьетнама.

Для реализации ММПК традиционного и открытого типов был разработан соответствующий программный комплекс и проведены тестовые расчеты. Программа написана на языке Visual Basic.

Для проверки адекватности расчетной модели было выбрано судно «Markborg» для традиционного типа и «Jork » - для открытого типа. Результаты сопоставления приведены в таблице 3.

Таблица 3.

_Сопоставление характеристик оптимального варианта модели и реального судна

Характеристика

Полное водоизмещение, т

Дедвейт, т

Коэффициент общей полноты

Длина по KBJI, м

Ширина по КВЛ, м

Осадка в полном грузу, м

Высота борта, м

Контейнеровместимость, TEU

Контейнеровместимость, 14тТЕЦ

Скорость хода, узл.

Мощность ЭУ, кВт

Традиционный тип

Haneburg

15437 11190

0,67

125,17

21,0

модель

15353 11470

8,50 11.5

803

500

6840

0,67 125,82 20.71

8,58 10.21

802

526

Открытый тип

Jork

16080 11390

0,64

125,08 22.5

8,7 11.3

868

612

5770

8400

модель

15724 11365

0.66 125,82 21,61

8,55 11.11

820 609

17,5

7050

Содержание таблицы 3 показывает, что полученные расчетные характеристики близки к характеристикам реальных судов. Этим доказывается, что разработанные ММПК

имеют достаточную адекватность.

Важной характеристикой ММПК является чувствительность критерия оптимизации (в данном случае - критерия эффективности, т.е. удельных приведенных затрат) к изменениям оптимизируемых параметров.

Степень чувствительности критерия эффективности характеризуется изменением его значения с одновременным выполнением всех функциональных ограничений при отступлении оптимизируемых элементов от значений, соответствующих оптимуму.

На рисунке 14 приведены примеры, подтверждающие, что разработанные ММПК в достаточной для поставленных целей степени реагируют на изменение оптимизируемых элементов.

г/г*

0,80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1,20 1,25.

Рис. 14. Примеры изменения удельных приведенных затрат при изменении водоизмещения

судна и ширины двойного борта Расчеты удельных приведенных затрат на один контейнер с учетом оборотных средств в грузах для каждого типа судна, показывают, что для транспортировки контейнеров на внутренних перевозках Вьетнама при одинаковых условиях (инфраструктура портов, цена топлива, цена металла и т.п.) удельные приведенные затраты у контейнеровоза открытого типа меньше, чем у традиционного типа.

На рис. 15 приведен пример расчета удельных приведенных затрат для разных типов

контейнеровозов с л?=15 уз. при цене грузы Ц=70.000 $/ТЕи.

Рис. 15 Зависимость удельных приведенных затрат для контейнеровозов традиционного и

открытого типов

Оптимальная скорость для выбранного типа судна определяется на основе цены перевозимого груза в одном контейнере.

На рис. 16 приведен пример определения оптимальной скорости в зависимости от цены перевозимого груза (ПтЕи = 600 ТЕ1Д показывающий, что логика построения и математической аппарат предложенных ММПК отражает общеизвестное положение: «оптимальная скорость перевозки груза зависит от его цены».

-,$/ТЕи 370

350 330 310 290 270 250 230 210 190

19 V, уз.

—»"Цена груза, перевозимого в одном контейнере - 50000$ -®~Цена груза, перевозимого в одном контейнере - 70000$ ~*~Цена груза, перевозимого в одном контейнере - 90000$

Рис. 16 Зависимость удельных приведенных затрат от скорости судна при различных ценах

перевозимого груза

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена задача, имеющая практическое значение для Вьетнама - разработана математическая модель проектирования судна для обоснования типа малого контейнеровоза для Вьетнама

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. На основании изучения природно-географических характеристик региона прибрежных перевозок Вьетнама определены ограничения, принимаемые при проектировании каботажных судов.

2. Проведен комплексный анализ существующих и перспективных транспортных контейнеропотоков на внутренних перевозках, характеристик морских контейнерных портов и береговой инфраструктуры.

3. Разработан алгоритм расчета состава флота контейнеровозов, соответствующего заданному контейнеропотоку в зависимости от типа судна (традиционного и открытого), скорости и контейнеровместимости.

4. Выявлены основные архитектурно-конструктивные особенности современных контейнеровозов традиционного и открытого типов.

5. Предложен новый способ определения главных размерений контейнеровозов, основанный на комплексном учете геометрических и конструктивных факторов размещения контейнеров в грузовых трюмах.

6. Предложена зависимость для определения высоты надводного борта судна открытого типа, допустимая по условиям заливаемости и используемая в ММПК в качестве ограничения.

7 Разработана методика и соответствующая ей математическая модель определения основных элементов малого контейнеровоза на начальных стадиях проектирования, учитывающая специфику Вьетнама.

8. Разработаны программные продукты на языке Visual Basic, реализующие разработанные методики.

9 Расчеты выполненные с помощью разработанных ММПК, показывают, что для каботажных перевозок контейнеров в условиях Вьетнама (при существующей инфраструктуре портов, ценах на топливо и стоимости постройки судов) предпочтительным является

открытый тип контейнеровоза.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В рецензируемых научных журналах и изданиях:

1 Чан Нгок Ту. Особенности определения ширины ячеистых контейнеровозов [текст] / A.B. Букшев, Чан Нгок Ту // Морские интеллектуальные технологии. - 2011. -№2(12) - С. 11-20. ISSN 2073-7173 (автор - 50%).

2 Чан Нгок Ту Обоснование состава контейнерного флота при линейной организации транспортного судоходства [текст] / Чан Нгок Ту // Вестник АГТУ. Сер^: Морская техника и технология. -2012,-№ 1.-С. 62-69. ISSN 2037-1574 (автор 100%).

3 Чан Нгок Ту Особенности определения высоты борта ячеистых контейнеровозов [текст] / A.B. Букшев, Чан Нгок Ту // Морской вестник. - 2012. - Специальный выпуск №1(9). - С. 9-11. ISSN 1812-3694 (автор - 50%).

В иных изданиях: , ,

4 Чан Нгок Ту. Эволюция архитектурно-конструктивного типа контейнеровоза [текст] / А В Букшев Чан Нгок Ту // тез. докл. на научно-технической конференции «Круглый стол» НТО им. акад. А.Н. Крылова, секция 1. - СПб. 2008, с. 44 - 49 (автор 50%).

5 Чан Нгок Ту. Программное обеспечение «Программа оптимизации основных эле' ментов фидерных контейнеровозов традиционного типа» / A.B. Букшев, Чан Нгок

Ту // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2012616122 зарегистрировано 04.07.2012 г (автор - 80%).

6 Чан Нгок Ту Программное обеспечение «Программа оптимизации основных элементов фидерных кокгейнеровозов открытого типа» / A.B. Букшев, Чан.Нгок Ту// Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2012617985 зарегистрировано 04.09.2012 г (автор - 80%).

Издательство СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 15.02.2013. Зак. 4462. Тир.60. 1,1 печ. л.

Текст работы Чан Нгок Ту, диссертация по теме Проектирование и конструкция судов

Минобрнауки России

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» ,

На правах рукописи

УДК 629.12.001

ЧАН НГОК ТУ

ОБОСНОВАНИЕ ТИПА МАЛОГО КОНТЕЙНЕРОВОЗА ДЛЯ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

Специальность 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов

СМ

^ Диссертация

0 на соискание ученой степени

{ф кандидата технических наук

Ю Т-00 8 1Г)

О 9

СМ 00

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Букшев Анатолий Владимирович

Санкт-Петербург

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.......................................... 5

ВВЕДЕНИЕ................................................................................... 7

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ, НАВИГАЦИОННЫХ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАБОТАЖНЫХ ЛИНИЙ ВЬЕТНАМА.............................................................. 12

1.1 Физико-географические характеристики................................... 12

1.2 Гидрологические характеристики............................................ 13

1.3 Ветро-волновые характеристики.................................................. 15

1.4 Расположение морских портов............................................... 16

1.5 Навигационные характеристики портовых акваторий и подходных, каналов............................................................................. 17

1.6 Выводы по главе 1.................................................................... 18

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МОРСКИХ КОНТЕЙНЕРНЫХ ПОРТОВ, БЕРЕГОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ И ИНДУСТ-РАЛЬНЫХ МОЩНОСТЕЙ ВЬЕТНАМА...............................................20

2.1 Современное состояние и прогноз динамики контейнеропотоков

на внутренних перевозках через морские контейнерные порты...... 20

2.2 Анализ существующей береговой инфраструктуры морских контейнерных портов...............................................................23

2.2.1 Расстояния между портами............................................. 23

2.2.2 Особенности береговой портовой инфраструктуры............... 24

2.3 Судостроительные и судоремонтные мощности верфей.................. 28

2.4 Выводы по главе 2...............................................................29

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА КОНТЕЙНЕРНОГО ФЛОТА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ КОНТЕЙНЕРОВ НА КАБОТАЖНЫХ ЛИНИЯХ ВЬЕТНАМА................................................................................................. 31

3.1 Постановка задачи............................................................... 31

3.2 Алгоритм обоснования состава контейнерного флота.................. 31

3.3 Расчет состава судов для перевозки контейнеров на маршрутах Hai

Phong - Ho Chi Minh, Mai Phong - Da Nang и Da Nang - Ho Chi

Minh............................................................................... 37

3.4 Выводы по главе 3...............................................................45

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИДЕРНЫХ КОНТЕЙНЕРОВОЗОВ ТРАДИЦИОННОГО И ОТКРЫТОГО ТИПОВ................. 47

4.1 Обзор основных этапов развития мирового контейнерного флота... 47

4.2 Эволюция архитектурно-конструктивного типа контейнеровозов... 58

4.3 Особенности архитектурно-конструктивного типа современных фидерных контейнеровозов...................................................55

4.3.1 Особенности архитектурно-конструктивного типа современных фидерных контейнеровозов традиционного типа............... 55

4.3.2 Особенности архитектурно-конструктивного типа современных фидерных контейнеровозов открытого типа.................. 57

4.4 Сопоставление преимуществ и недостатков контейнеровозов открытого и традиционного типов............................................. 60

4.5 Выбор расчетного варианта архитектурно-конструктивного типа контейнеровозов традиционного и открытого типов.................... 63

4.6 Особенности определения длины контейнеровоза.......................64

4.7 Особенности определения ширины контейнеровоза.....................70

4.8 Особенности определения высоты борта контейнеровоза.............. 85

4.8.1 Особенности определения высоты борта контейнеровоза традиционного типа.......................................................... 85

4.8.2 Особенности определения высоты борта контейнеровоза открытого типа. Учет заливаемости судна.............................. 88

4.8.3 Определение высоты минимального надводного борта по Правилам РМРС............................................................... 95

4.9 Определение коэффициентов полноты формы корпуса............... 97

4.10 Представление теоретического чертежа в математической модели

проектирования контейнерного судна....................................99

4.11 Расчеты ходкости.................................................................. 101

4.11.1 Определение сопротивления воды движению судна............ 101

4.11.2 Определение мощности главного двигателя....................... 104

4.12 Пространственное размещение контейнеров в грузовых трюмах... 106

4.13 Уравнение нагрузки............................................................108

4.14 Остойчивость, балластировка и удифферентовка....................... 114

4.14.2 Остойчивость.............................................................114

4.14.3 Балластировка............................................................117

4.14.4 Удифферентовка......................................................... 120

ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНТЕЙНЕРОВОЗОВ (ММПК).......................................... 122

5.1 Исходные данные в ММПК, выбор состава компонентов вектора неизвестных их основные ограничения.................................... 122

5.1.1 Исходные данные в ММПК.............................................. 122

5.1.2 Выбор состава компонентов вектора неизвестных...............:. 122

5.1.3 Определение ограничений компонентов вектора неизвестных........................................................................... 123

5.1.4 Определения ограничений соотношений главных размере-ний............................................................................ 124

5.1.5 Выбор критерия эффективности......................................... 124

5.2 Математические модели оптимизации элементов контейнеровозов.......................................................................................... 132

5.3 Программный комплекс для реализации математической модели оптимизации основных элементов контейнеровозов.................... 134

5.3.1 Программная реализация математической модели оптимизации

основных элементов контейнеровозов............................... 134

5.3.2 Анализ результатов расчетов по программам....................... 135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................. 140

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................. 142

ПРИЛОЖЕНИЕ..............................................................................152

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 1. Проектные характеристики судна

І-'наиб — максимальная длина судна, м.

ь — Расчетная длина судна, м.

И — водоизмещение судна, т.

ИЖГ — дедвейт судна, т.

Вцор — водоизмещение судна порожнем, т.

в — ширина судна, м.

т — осадка судна, м.

н — высота борта судна, м.

г — высота надводного борта, м.

1 пип — Минимальная высота надводного борта по Правилам о грузовой

марке.

N — мощность главных двигателей, кВт.

V — скорость судна, уз.

Сь коэффициент общей полноты судна.

пк — контейнеровместимость судна, ТЕи.

пэк — число экипажа судна, чел.

р л- ЛІК — масса металлического корпуса судна, т.

Роб — масса оборудований и судовых устройств, т.

Р 1 со — масса энергетической установки, т.

р 1 су — масса систем и устройств, т.

вт — валовая вместимости судна, м3.

1от относительная длина судна.

Я - дальность плавания, мили.

Рк — средняя масса контейнера

11шт — число штабелей 20-й контейнеров в трюме по длине судна.

"яр — максимальное число ярусов контейнеров в трюме судна.

Чщр — число контейнеров в поперечном ряду в трюме судна.

ко — начальная метацентрическая высота, м.

го — поперечный метацентрический радиус, м.

гс аппликата центр величины судна, м.

Ч — аппликата центр тяжести судна, м.

Яо продольный метацентрический радиус, м.

Вщр — ширина трюма, м.

к птр глубина трюма, м.

Кд высота двойного дна, м.

Ьдб - ширина двойного борта, м.

1 — плечо статистической остойчивости, м

2. Эксплуатационные и экономические характеристики

А - годовой контейнеропоток, ТЕи

з - удельные приведенные затраты на один контейнер, $/конт. Сс - годовые эксплуатационные расходы по судну, $ С„ - годовые эксплуатационные расходы по порту, $

кс -

0,КО11

с -

' /.и

с,

т.р.с

Сэк -с -

пав

С -

тс

топ

Цс, -

кор

с -

пр

С(]ук

с,

швар

в. вы

по-.раз

' л* ь-

С0б -

с -

С -

^эу

'про

с,

про

С -

^пр

с -

3. Физико-региона

Ьз% -

строительная стоимость судна, $ годовая контейнерная провозоспособность, ТЕИ расходы на амортизационные отчисления, $ расходы на текущий ремонт и снабжение, $ расходы на содержание экипажа, $ навигационные расходы, $ расходы на содержание экипажа, $ косвенные расходы, $ усредненная цена 1 т топлива, $/т усредненная цена 1 т смазки, $/т корабельный сборы, $ причальный сборы, $ буксирный сборы, $ швартовый сборы, $ плата за вход и выход, $ плата за погрузо-разгрузку контейнера, $ стоимость металлического корпуса, $ стоимость оборудования, $ стоимость систем и устройство, $ стоимость энергетической установки, $ прочие расходы, $ накладные расходы, $ прибыль верфи, $ расходы владельца, $ географические навигационные, логистические характеристики

рейс

Т -

х экс

П -

т -

1 рем

м,

допус

высота волны 3%-й обеспеченности, м.

количество круговых рейсов, которое совершит один судна за год. годовой эксплуатационный период, сут. общая производительность береговых кранов, конт/ч. потери эксплуатационного времени из-за ограничения плавания по штормовым условиям, сут.

суммарная продолжительность ежегодного текущего ремонта, сут. максимальное допустимое количество контейнеровозов на линии М — необходимое количество контейнеровозов для обслуживания годового контейнеропотока. время кругового рейса, сутки продолжительность ходового времени, ч. время стоянки судна в портах, ч. время грузовых операций, ч.

время крепления/раскрепления палубных контейнеров, ч. время плавания по подходным каналам, ч. скорость плавания по подходным каналам, уз. время простоя под негрузовыми операциями, ч.

рейс Iход

1гр

10,3 IПК

V™ -

^ пр ~

ВВЕДЕНИЕ

Обоснование актуальности исследования и постановки задачи исследования

Социалистическая республика Вьетнама (СРВ) находится в юго-восточной Азии на пересечении международных водных сообщений. СРВ имеет 3260 километров береговой линии моря и развитые водные пути. Большой экономический потенциал имеют внутренние воды, территориальные воды, исключительная экономическая зона и континентальный шельф с площадью более, чем 1 миллион квадратных километров, занимающий 29% из Восточной морской площади и в 3 раза больше, чем площадь материковой части страны. Вьетнамская морская область занимает важное положение в стратегии связей Тихого океана с Индийским океаном, Азии с Европой, Австралии с Ближним Востоком. Эти связи весьма полезны для развития международных коммуникаций и морского транспорта. Морская экономика может дать до 55% валового внутреннего продукта для нашей страны в 2020 г., о чем упоминается в стратегии развития морской экономики, принятой Вьетнамским правительством. Предполагается развивать собственный гражданский флот путем его пополнения судами, сделанными на вьетнамских судостроительных заводах. Для этого необходимо развитие судостроительной промышленности, способной удовлетворить национальные потребности в определенном составе флота.

Одним их перспективных направлений развития перевозок грузов на море является их контейнеризация. Перевозки грузов в контейнерах на специализированных судах имеют преимущества по сравнению с перевозками на универсальных сухогрузных судах, главное из которых - резкое повышение интенсивности погрузо-разгрузочных работ за счет использования однородных укрупненных грузовых единиц - контейнеров. За счет повышения интенсивности гру-зообработки резко снижается продолжительность стоянки судов в портах и увеличивается их провозная способность.

В последние годы контейнерные внутренние перевозки во Вьетнаме являются одной из наиболее динамично развивающихся отраслей транспорта. Если в 2000 году контейнеропотоки на внутренних перевозках Вьетнама составляли 163 тысячи TEU, то в 2009 году они увеличились в 6,5 раз до - 1,050 млн. TEU. По прогнозам экономических специалистов Вьетнама контейнеропотоки внутренних перевозок удвоятся к 2015 году и составляют 2.10 млн. TEU, а к 2020 превысят 3.2 млн. TEU. ( Рис. 1.).

TEU

3 500 ООО-«'' ;

fN(NCN(NCMCNCNr4fN

Годы

Рис. 1. Рост контейнеропотоки внутренних перевозок Вьетнама В настоящее время контейнерный флот Вьетнама еще слаб, он обеспечивает лишь 15% от общих потребностей морских контейнерных перевозок и состоит из разнотипных судов, которые покупались за рубежом без должного учета местных условий плавания [124]. С другой стороны, общие закономерности относительно экономической эффективности осуществления фидерных перевозок на морских судах ограниченного района плавания слабо изучены.

В соответствии с планированием развития морских перевозок правительства Вьетнама до 2020г. и в перспективе до 2030 г. - необходимо пополнять транспортный флот каботажными контейнеровозам контейнеровместимостью от 200 до 800 ТЕи, чтобы обеспечить потребности контейнеропотоков внутренних перевозок [127].