автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Особенности проектирования систем водоснабжения речных судов с плавательным бассейном

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАССЕЙНОВ НА СУДАХ РЕЧНОГО ФЛОТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРАМ БАССЕЙНА НА СУДАХ РЕЧНОГО

ФЛОТА.

2Л. Анализ особенностей эксплуатации судов речного флота и выбор конструкции бассейна.

2.2. Исследование ограничений на размеры и массу судового бассейна.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ БАССЕЙНА В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА ВОДОСНАБЖЕНИЯ СУДОВ РЕЧНОГО ФЛОТА.

3.1. Математическое описание гидрохимических процессов, происходящих в чаше судового бассейна.

3.2. Экспериментальное исследование гидродинамической структуры потоков в чаше бассейна.

3.3. Математическая модель и исследование процесса распада озона в чаше бассейна.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАССЕЙНА В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ СУДОВ РЕЧНОГО ФЛОТА.

4.1. Исходные данные для проектирования бассейна и обоснование его конструкции.

4.2. Выбор формы и размеров чаши бассейна.

4.3. Проверка соответствия геометрических параметров бассейна условиям, накладываемым остойчивостью судна.

4.4. Определение расхода воды через бассейн.

У современного человека отсутствует возможность широкого выбора водоемов, где можно купаться, не опасаясь за здоровье и безопасность. В то же время, по общему признанию, водные процедуры являются полезными и приятными. Поэтому на сегодняшний день в нашей стране и за рубежом пользуются популярностью индивидуальные плавательные бассейны.

Известно также, что в целях повышения уровня комфортабельности бассейнами оборудуются морские круизные суда.

В связи с вышеизложенным, представляется целесообразной установка плавательного бассейна и на судах речного флота.

Учитывая особенности эксплуатации этих судов, наиболее выгодно размещать на них сборно-разборные бассейны, тем более, что в настоящее время имеется возможность выбора надежной конструкции такого бассейна.

Существует серьезная проблема качества воды в малых бассейнах, поскольку купание в воде, не соответствующей стандарту, является небезопасным. Согласно Санитарным правилам [21] качество воды в бассейне должно быть на уровне качества питьевой воды с целью предотвращения различных заболеваний, а также исключения вредного воздействия химического состава воды на организм человека.

Наиболее совершенным является обеззараживаете воды с помощью озона. На судах внутреннего и смешанного плавания этот способ применяется для получения питьевой воды. В нашей стране и за рубежом имеются многочисленные примеры использования озона для очистки воды в бассейнах.

В данной работе показано, что при наличии на судне системы приготовления питьевой воды с помощью озона целесообразно соединить бассейн с комплексом хозяйственно-питьевого водоснабжения. При этом может отпасть необходимость установки дополнительного дорогостоящего водоочистного оборудования.

Для осуществления поставленной задачи нужно разработать требования к конструкции и геометрическим параметрам бассейна, с учетом его расположения на судне внутреннего плавания, что и было впервые сделано в предлагаемой диссертационной работе.

Из работ [78, 117] известно, что качество озонированной воды связано с концентрацией остаточного озона в воде, а также то, что озон самопроизвольно распадается во времени. Поэтому описание процесса сохранения качества озонированной воды сводится к описанию процесса распада озона.

Для исследования процессов, происходящих в чаше бассейна и влияющих на концентрацию озона в воде, автором получено математическое описание работы бассейна в составе судового комплекса систем водоснабжения.

С точки зрения химической технологии чаша бассейна представляет собой реактор. Согласно работам [13, 51] математическое описание процессов в любом реакторе базируется на модели гидродинамической структуры потока и законах химической кинетики.

Были впервые выполнены экспериментальные исследования для определения гидродинамической структуры потока в судовом охлаждающем бассейне. В эксперименте использовался натурный образец сборно-разборного бассейна.

На основании результатов этих исследований получено математическое описание процесса сохранения качества воды в судовом бассейне в виде уравнения распада озона, учитывающего изменение концентрации озона вследствие движения потоков воды и самопроизвольный распад озона во времени.

Анализ результатов эксперимента, а также ряд допущений, позволили впервые создать математическую модель работы бассейна в составе судового комплекса систем водоснабжения, с помощью которой проводились дальнейшие исследования.

Используя известную оценку величины концентрации озона в воде, обеспечивающей необходимое качество воды в бассейне, в работе анализируются взаимосвязи между основными параметрами бассейна, характеризующими качество его проектирования.

Исследования включают в себя изучение влияния различных факторов, связанных с геометрической формой и размерами бассейна, на процесс сохранения качества воды в нем, а также зависимости концентрации озона на выходе из бассейна от ее начальной величины и расхода воды.

Итогом настоящей диссертационной работы явилось научное обоснование методики проектирования бассейна в составе комплекса систем водоснабжения судов речного флота, позволяющей спроектировать бассейн, отвечающий всем техническим и санитарно-экологическим требованиям.

Данная методика использована при разработке проекта бассейна для пассажирских судов пр. 301 по заданию ОАО «Мостурсервис».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе достигнуты следующие основные результаты:

1. Обоснованы требования к конструкции бассейна с учетом особенностей эксплуатации судов речного флота.

2. Разработаны критерии для ограничений геометрических параметров бассейна по условиям остойчивости судна.

3. Выполнены экспериментальные иссследования гидродинамической структуры потока в чаше бассейна.

4. Создана математическая модель работы бассейна в составе судового комплекса систем водоснабжения.

5. Исследован процесс сохранения качества воды в чаше с помощью математической модели работы бассейна.

6. Получено выражение, связывающее минимальный расход воды через бассейн, объем воды в чаше и концентрацию озона на входе в бассейн.

7. Разработана методика проектирования бассейна в составе комплекса систем водоснабжения судов речного флота.

1. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982.-440 с.

2. Агроскин И. И., Дмитриев Г. Т., II икал <ж Ф. И. Гидравлика. -М. Л.: Энергия, 1964. - 352 е.

3. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 284 с.

4. Александров А. В. Судовые системы. JL: Судостроение, 1966.-220 с.

5. Алферьев М. Я. Гидромеханика. М.: Речной транспорт, 1961.-328 с.

6. Алферьев М. Я. Теория корабля. М.: Речной транспорт, 1959.-492 е.

7. Ахшпарова Л. С., Кафиров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978. - 319 с.

8. А шик В. В» Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1985.320 с.

9. Варац В. А., Николаев М. В., Эльпинер Л. И. Водоснабжение судов речного флота. М.: Транспорт, 1974. - 144 с.

10. Белан Ф. И. Водоподготовка. -М. : Энергия, 1979. 208 с.

11. И. Белкин С. И. Голубая лента Атлантики. 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1990. - 240 с.

12. Благовещенский С. П., Холодилнн Av 11. Справочник по статике и динамике корабля: В 2 т. Л.: Судостроение, 1975. - Т. 1. -336 с.

13. Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии: Учебное пособие для химико-технологическихспециальностей вузов. Под ред. В. В. Кафарова. М.: Химия, 1969. -564 с.

14. Будов В. М. Судовые насосы. Л.: Судостроение, 1988. - 432с.

15. Варфоломеев С. Д., Зайцев С. В. Кинетические методы в биохимических исследованиях. М.: Наука, 1982. - 400 с.

16. Васильев О. Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1958. 144 с.

17. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высшая школа, 1979.-340 с.

18. Войткунский Я. И., Фаддеев Ю.И., Федяевкий К. К. Гидромеханика. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Судостроение, 1982. -456 с.

19. Воловой Д.И., Гурьяшова Р.Н. Фортран ЕС ЭВМ. использование стандартных программ библиотеки SSP. Вып. 4. -Горький, 1987. 60 с.

20. Габович Р. Д., Минх А. А. Гигиенические проблемы фторирования питьевой воды. М.: Медицина, 1979. - 199 с.

21. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды плавательных бассейнов: СанПиН 2.1.2.568-96 М.: Информационно-издательский центр Минздрава РФ, 1996. - 27 с.

22. Гидродинамика и теория корабля: Сб. тр. ЛКИ JL: ЛКИ, 1975.- 109 с.

23. Гидродинамика и оптимальное проектирование. Горький: ГПИ, 1986.- 176 с.

24. Гидродинамика турбулентных течений: Сб. науч. тр. -Новосибирск: ИТФ, 1989. 110 с.

25. Гидродинамические и тепломассообменные процессы вхимической аппаратуре: Сб. статей под ред. к.т.н. В.В. Консетова и к.х.н. И.С. Павлушенко. Л.: Машиностроение, 1967. - 108 с.

26. Гидродинамические процессы в сложных трубопроводных системах / М.А. Гусейнзаде, Л.И. Другина, О.Н. Петрова, М.Ф. Степанова. -М.: Недра, 1991. — 168 с.

27. Гилмер Томас К. Проектирование современного корабля: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. -376 с.

28. Голынтейн Е.Г., Юдин Д.Б. Задачи линейного программирования транспортного типа. М.: Наука, 1969. - 382 с.

29. ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.

30. ГОСТ 18301-72. Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного озона.

31. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.

32. Григорьева JI.B. Санитарная бактериология и вирусология водоемов. М.: Медицина, 1975. - 190 с.

33. Гурович А.Н., Лозгачев Б.Н., Гринберг Д.А. Справочник по судовым устройствам: В 2 т. Л.: Судостроение, 1975. - 328 с.

34. Гуськов М.Г. Судовые системы. Л.: ЛКИ, 1976.

35. Ермаков П.П. и др. Математическая модель процесса и расчет реактора озонирования воды. М.: НИИТЭХИМ, 1990. - 22 с.

36. Занков Г.Е., Крицман В.А. Химическая кинетика. М.: Знание, 1980. - 64 с.

37. Зайцев О.С. Общая химия. Направление и скорость химических процессов. Строение вещества. -М.: Высшая школа, 1983. -248 с.

38. Запорожец Г.И. Руководство к решению задач поматематическому анализу. М.: Высшая школа, 1966. - 464 с.

39. Зарубин Г.П. Современные методы очистки и обеззараживания питьевой воды. / Г.П. Зарубин, Ю.В. Новиков. М.: Медицина, 1976. - 192 с.

40. Захаров Б.И. Проблемы проектирования обитаемых помещений надстроек / / Судостроение, 1989. - № 2.

41. Захаров И. Г. Теория компромиссных решений при проектировании корабля. — Л.: Судостроение, 1987.

42. Золотов С.С. Гидравлика судовых систем. Л.: Судостроение, 1970. -240 с.

43. Изыскания методов проектирования и исследования гидромеханических качеств судов: Сб. науч. тр. ГИИВТа. Вып. 164, ч. 1,2. —Горький: 1979.

44. Ильин В.А., Садовничий В.А., Сендов Б.Х. Математический анализ. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 662 с.

45. Инструктивно-методическое руководство по обеззараживанию озоном воды в плавательных бассейнах: ВНИИГВТ Минздрава СССР. Черноморская БСЭС Минздрава Украины. Одесса, 1991. - 27 с.

46. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Контроль качества воды. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 158 с.

47. Кафаров В.В. Киберненика в химической технологии / Новое в жизни, науке, технике. Серия «Химия». 1984. - № 1. - 64 с.

48. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химичекой технологии. М.: Химия, 1971. - 496 с.

49. Кафаров В.В. Моделирование химических процессов / Новое в жизни, науке, технике. Серия «Химия», 1968. - № 1. - 62 с.

50. Кафаров В.В. Проблемы управления химическими процессами / Новое в жизни, науке, технике. Серия «Химия». 1978. - № 4. - 64 с.

51. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учебное пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 1991. -400 с.

52. Кондратьев В.Н. Определение констант скорости газофазных реакций. М.: Наука, 1971. - 95 с.

53. Корш Л.Е., Артемова ТЗ. Ускоренные методы санитарно-бактериологического исследования воды. -М.: Медицина, 1978. 272 с.

54. Кузубова Л.И, Кобрина В.Н. Химические методы подготовки воды (хлорирование, озонирование, фторирование): Аналитический обзор / РАН Сиб. отд. Новосибирск (Новосиб. ин-т органич. химии). -131 с.

55. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. Киев: Наук, думка, 1991. - 564 с.

56. Курников А.С. Особенности проектирования судовых систем приготовления озона / Труды ЛКИ. Вопросы проектирования судовых систем, 1983. с. 22-34.

57. Курников А.С., Ванцев В.В. Подготовка воды для плавательных бассейнов // Применение озона для подготовки воды в плавательных бассейнах и новые способы синтеза озона в газовых разрядах: Сборник №11 семинара 20 мая 99 г. М.,

58. Курников А.С., Ванцев В.В. Применение остаточного озона / Труды ВГАВТ, вып.294. Н.Новгород: ВГАВТ, 2000. - с. 33-53.

59. Линейное и нелинейное программирование / И. Н. Ляшенко, Е. А. Карагодова, Н. В. Черникова, Н. 3. Шор.-Киев: изд. объед. «Вшца школа», 1975.-372 с.

60. Лоскутов В.В., Хордас Г.С. Гидравлические расчеты судовых систем. Л.: Судпромгиз, 1963. - 312 с.

61. Методические указания по контролю качества питьевой водына судах потенциометрическим методом. М: Минздрав СССР, 1987. -И с.

62. Макаров В.Г. Специальные системы судов-газовозов. СПб.: ИЦМТУ, 1997.-472 с.

63. Мндгли Д., Торренс К. Потенциометрический анализ воды: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 516 с.

64. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Стройиздат, 1964. - 156 с.

65. Морские пассажирские суда / Ю.А. Будницкий, Т.П. Пилипенко, А.Г. Чукавин, B.C. Петухов. Л.: Судостроение, 1989. - 221 с.

66. Новиков Ю.В. Вода как фактор здоровья. М.: Знание, 1982.96 с.

67. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов / Под ред. А.П. Шицковой. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. - 399 с.

68. Нымм В.Р., Балаш Т.В. Опыт математического моделирования для проектирования систем очистки природных и сточных вод промышленных предприятий. Л.: ЛДНТП, 1990. - 27 с.

69. Осокина Т.Н., Тимофеева Е.А., Богина Т.Л. Обучение плаванию в детском саду. -М.: Просвещение, 1991. 159 с.

70. ОСТ 5.5241-75. Методика расчета судовых разветвленных трубопроводов. М., 1975.

71. ОСТ 5.5391- 79. Системы бытового водоснабжения судовые. Правила и нормы проектирования.

72. Павлюченко Ю.И. Основы художественного конструирования судов. Л.: Судостроение, 1985. -264 с.

73. Пискунов П.И., Соколова Н.В. Озонирование воды реки Оки.

74. Обмен опытом. Горький: Волго-Вят. кн. изд., 1966. - 38 с.

75. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.559-96. М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора РФ, 1996. -111 с.

76. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.1074-01, утв. глав. гос. санитарным врачом РФ 26.09.2001г. с 1 января 2002г.

77. Плис А.И., Сливина Н.А. Лабораторный практикум по высшей математике. М.: Высшая школа, 1983. - 208 с.

78. Плотникова В.Н., Ефремова Е.А., Ермолаева Н.И. Методика приготовления воды с заданными показателями качества для оценки эффективности работы СППВ // Надежность и эффективность судовых систем/Тр. ГИИВТа. 1981. -Вып. 184. -С. 110-116.

79. Плотникова В.Н. Разработка непрерывного определения озона в потоке воды потенциометрическим методом. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата химических наук. -Горький, 1986.-200 с.

80. Правила классификации и постройки морких судов. Морской Регистр судоходства: В 2 т. 1995. Т. 1. - 464 с.

81. Правила классификации и постройки судов внутреннего и смешанного плавания. Российский Речной Регистр: В 3 т. 1995. Т. 1. -329 с.

82. Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация. М.: Высш. шк., 1990. - 447 с.

83. Рабинович Е.З. Гидравлика. -М.: Недра, 1980. 278 с.

84. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и полимерные материалы. -М.: Знание, 1988. 30 с.

85. Ромакин М.И. Математический аппарат оптимизационных задач. -М.: Статистика, 1975. 112 с.

86. Романов O.K. Оптимальные решения. -М.: Статистика, 1975. -96 с.

87. Роуч П.Дж. Вычислительная гидродинамика. -М.: Мир, 1980. -616 с.

88. РТМ 212.0140-85. Системы бытового водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания. Правила и нормы проектирования. -Горький, 1986.-48 с.

89. Рузанов А.И., Волков И.А. Методы исследования процессов распространения волн в твердых деформируемых телах. Н. Новгород: Изд-воНГУ, 1991.-120 с.

90. Руководство по контролю качества питьевой воды: Пер. с англ. /ВОЗ. -М.: Медицина, 1986.

91. Санитарные правила для речных судов СССР / Минздрав СССР. Л.: Транспорт, 1987. - 112 с.

92. Сборник нормативно-методических материалов / Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1979. - 152 с.

93. Современные высокоэффективные методы и оборудование для обеззараживания питьевой воды. -М.: МДНТП, 1987. 95 с.

94. Соколов Р. С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. -Т. 1.-368 с.

95. Справочник по серийным транспортным судам: В 9 т. М.: Транспорт, 1972. - Т. 1. - 224 с.

96. Справочник по серийным транспортным судам: В 9 т. М.:

97. Транспорт, 1987. Т. 8. - 230 с.

98. Справочник по серийным транспортным судам: В 10 т. М.: Транспорт, 1993. - Т. 9. - 230 с.

99. Справочник по серийным транспортным судам: В 10 т. М.: Транспорт, 1993. - Т. 10. - 230 с.

100. Стоян Ю.Г. Размещение геометрических объектов. Киев: Наукова думка, 1975. -240 с.

101. Стоян Ю.Г., Гиль Н.И. Методы и алгоритмы размещения плоских геометрических объектов. Киев: Наукова думка, 1976. - 249 с.

102. Стоян Ю.Г., Панасенко А.А. Периодическое размещение геометрических объектов. Киев, 1978. - 176 с.

103. Судовые устройства / М.Н. Александров, Ю.Д. Жуков, А.С. Симоненко и др. Л.: Судостроение, 1982. - 320 с.

104. Судовые устройства: Справочник / Под ред. М.Н. Александрова. Л.: Судостроение, 1987. - 656 с.

105. Тиисли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир, 1982. - 280 с.

106. Унифицированные методы анализа вод. / Под общ. ред. д-ра хим. наук, проф. Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1971. - 375 с.

107. Установки малой производительности для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод / Под общ. ред. Д.М. Минца, С.А. Шуберта. -М.: Стройиздат, 1974. 159 с.

108. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 384 с.

109. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2 т.: Пер. с англ. -М.: Мир, 1991. Т. 1. - 504 с.

110. Фортран 77 ЕС ЭВМ / З.С. Брич, О.Н. Гулецкая, Д.В. Капилевич и др. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 с.

111. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М.: Наука, 1967. 492 с.

112. Хемминг Р.В. Численные методы. М.: Наука, 1972. - 400 с.

113. Химическая кинетика и цепные реакции: Сб. статей к 70-летию ак. Н.А. Семенова. М.: Наука, 1966. - 604 с.

114. Численное решение многомерных задач газовой динамики. / Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я. и др. М.: Наука, 1976. - 400 с.

115. ИЗ. Шевченко М.А., Лизунов В.В. Технология обработки воды.- Киев: Будхвельник, 1980. 116 с.

116. Шевченко М.А., Марченко П.В., Таран П.Н., Лизунов В.В.

117. Окислители в технологии водообработки. Киев: Наукова думка, 1977.- 175 с.

118. Шевченко М.А. Физико-химическое обоснование процессов обесцвечивания и дезодорации воды. Киев: Наук, думка, 1973. - 150 с.

119. Шульц М.М., Писаревский A.M., Полозова И.П. Окислительный потенциал. Теория и практика. Л.: Химия, 1984. - 168 с.

120. Этин В.Л. Основы проектирования комплекса систем водоснабжения судов внутренненго и смешанного плавания. Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. Л.: ЛКИ, 1985.-300 с.

121. Этин В.Л., Курников А.С., Старостин В.Е. Водоснабжение судов внутреннего и смешанного плавания. Горький, 1985. - 62 с.

122. Этин В Л., Курников А.С., Худяков Л .А. Экспериментальные исследования параметров и коэффициентов процесса кондиционирования воды озоном // Надежность и эффективность судовых систем / Тр. ГИИВТа. 1981. - Вып. 184. - С.