автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Повышение эффективности промысловой эксплуатации траулеров на основе факторного анализа их тяг

На правах рукописи

Рязанова Татьяна Валерьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫСЛОВОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАУЛЕРОВ НА ОСНОВЕ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА ИХ ТЯГ

05.18.17 Промышленное рыболовство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Калининград - 2011

005004262

Работа выполнена в Керченском государственном морском технологическом университете (КГМТУ)(Украина) и в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Калининградском государственном техническом университете:» (ФГБОУ ВПО КГТУ)(Россия).

Научный руководитель:

заслуженный работник рыбного хозяйства России, кандидат технических наук, доцент Долин Геннадий Макарович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Минько Виктор Михайлович кандидат технических наук, доцент Данилов Юрий Аронович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП АтлантНИРО)

Защита состоится « 20 » декабря 2011 г. в 13.00 ч на заседании диссертационного совета Д 307.007.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет» по адресу: 236022 г. Калининград, Советский проспект, 1, аудитория 255. Факс: 8 (4012) 91-68-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» Автореферат разослан « 18 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации определяется практической потребностью проектировщиков и эксплуатационников в рекомендациях по методам проектирования, подбора, замены или модернизации тралов в условиях снижения тяги судна в течение рейса, эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) или всего срока службы траулера.

Обычно тралы проектируют, строят и снабжают ими суда исходя из тяги новых судов, но они в период эксплуатации динамично меняют свои тяговые характеристики. Практика показала, что пределы изменения тяги очень широки - до 50% от начального значения. Не учет этого явления приводит к необходимости форсированной эксплуатации судов, что сопровождается повышенным темпом износа главных двигателей, их авариями и потерями промыслового времени.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности промысловой эксплуатации траулеров на основе оперативной оценки фактической тяги судна и гидродинамического сопротивления трала.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить анализ научных исследований по влиянию эксплуатационных факторов на техническое состояние пропульсивных комплексов траулеров;

- выполнить сбор статистических данных о тяговых характеристиках траулеров;

■■ разработать метод определения в судовых условиях фактической тяги траулера;

- разработать метод определения степени загрузки главного двигателя траулера;

- разработать метод оперативной оценки эксплуатационно-технических характеристик трапов в условиях промысла;

■• выполнить натурные эксперименты с тралами судов пр. 1330 типа «Керчанин»;

- разработать рекомендации для проектировщиков и эксплуатационников по методам подбора тралов для траулеров с учётом их фактической тяги.

Положения, выносимые на защиту:

- метод определения в судовых условиях фактической тяги траулера;

- математические модели зависимости гидродинамического сопротивления тралов от факторов влияния (паспорта тралов);

- рекомендации по оценке соответствия фактической тяги траулера и гидродинамического сопротивления трала.

Научная новизна полученных результатов состоит в разработке методологии технической эксплуатации системы судно-трал на основе оперативной оценки фактической тяги судна и гидродинамического сопротивления трала. Впервые получены цифровые данные о величинах тяг судов во время их эксплуатации, темпы износа тяг во время рейсов. Впервые введено понятие о промысловой годности траулера по яге. Впервые предложен метод прогнозирования тяги судна на любой период времени в рейсе, что позволит более обоснованно подбирать тралы на рейс и брать запасные части к ним для целей их модернизации в рейсе.

Практическое значение заключается в возможности повышении эффективности промысловой эксплуатации системы судно-трал на основе оперативной оценки тяговых характеристик траулера и гидродинамического сопротивления трала. Положительный эффект может заключаться в возможностях: снижения износа главного двигателя и сокращении расходов на его текущий и аварийный ремонт; увеличения вылова рыбы за счёт сокращения аварийных потерь промыслового времени; увеличения вылова рыбы за счёт подбора трала с эффективными параметрами.

Личный вклад диссертанта состоит: в сборе и обработке статистических данных о тягово-скоростных характеристиках траулеров; в постановке натурного эксперимента с тралами на судах проекта 1330 типа «Керчанин»; в обработке статистических и опытных данных по техническим характеристикам тралов; в разработке рекомендаций для промышленности.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались Еа 10-ти научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Керченского государственного морского технологического университета (Керчь, 1998-2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, все в изданиях, рекомендованных ВАК (7 - ВАК Украины и 2 - ВАК Минобрнауки России).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и 6 приложений. Включает 170 страниц машинописного текста, 62 таблицы, 15 рисунков. Список литературы содержит 49 источников, из которых 4 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи диссертации, оценена ее научная новизна, теоретическая и практическая ценность, реализация работы, область применения, приведены объём и структура работы.

В первой главе проведен анализ литературы по трем главным направлениям: во-первых, по методам расчетов тяговых характеристик судов; во-вгорых, по методам определения относительной мощности, развиваемой ГД; в-третьих, по проблеме идентификации технических характеристик тралов. По первому направлению мы ограничили свои исследования литературных источников публикациями только по рыболовным судам, учитывая их ярко выраженные особенности. В этом направлении мы исследовали работы: В.Д. Кулагина (1982), Б.И. Германа (1982), Ю.Л. Макова (1982), Ф.М. Кацмана (1972, 1987), А.Ф. Пустотного (1972), В.М. Штумпфа (1972), Л.М. Ногида (1976), В.Г. Сизова (1969), Б.С. Гуральника (1979), В.А. Ерошина (1975, 1977), Ю.М. Короля (2004), С.О. Дудченко (2004). Было выяснено, что при установившемся движении располагаемая тяга судна равна:

Р^Рк-Ъ, (1)

где Рр — располагаемая тяга, кН, РЕ - упор винта, кН,

RK - сопротивление корпуса судна, кН.

При внешней простоте зависимости (1) расчет по ней труден. Все входящие в нее факторы являются сложными функциями. Так упор винта является функцией от плотности воды, гидродинамического коэффициента винта Кь частоты вращения винта, диаметра винта. В свою очередь, плотность воды есть функция от температуры и солености, a Ki является сложной функцией от относительной поступи винта, коэффициентов попутного потока и засасывания. Сложность расчетов увеличивается еще и оттого, что одни расчеты соответствуют чистому изолированному винту, а за ними следуют расчеты винта с учетом растущей эксплуатационной шероховатости, с учетом потерь в гребном вале, помещение винта в кормовой подзор и, может быть, в поворотную насадку.

Не менее сложным является расчет сопротивления корпуса судна, которое по своей природе делится на три составляющих: вязкого трения, формы и волновое. Тут тоже имеются расчеты чистого корпуса и корпуса с учетом обрастания. Имеются методики по всем этапам расчетов, о которых говорилось здесь. Воспользоваться этими методиками экипажам судов затруднительно, т.к. многие входящие в них факторы для экипажей не доступны. В качестве примера можно привести работу Ф.М Кацмана (1987) по влиянию эксплуатационного обрастания на пропульсивный комплекс судна. Он предлагает в качестве обобщенного критерия влияния обрастания принять коэффициент «С» в уравнении динамической связи между ГД и гребным винтом. Для его расчета надо знать At, - надбавку на сопротивление корпуса от обрастания - величину, которая для судовых специалистов не известна. Кроме того, анализ литературных источников показал, что некоторые важные коэффициенты, например, со - коэффициент попутного потока и t - коэффициент засасывания, определенные по разным действующим методикам, дают результаты, которые сильно отличаются. Для примера отметим, что сравнение результатов расчетов со и t по методикам Пап-меля, Тейлора, Хекшера, Ерошина с модельными опытами дает расхождение до 54%.

По второму направлению проанализировали работы В.В. Щагина(1978), Г.Ф Левшина(1975), Л.Н. Васильчука(1975), В.Г. Кузькина(1984), B.C. Богомо-лова(1996) и ГОСТ 10150 «Дизеля стационарные судовые и тепловозные. Технические требования». Было выяснено, что прямых методов определения мощности, развиваемой ГД нет, а есть методы расчетов по косвенным характеристикам. В работе Левшина Г.Ф. приводится очень важная информация об информационной значимости косвенных характеристик. В работе В.Г. Кузькина имеется методика расчета относительной мощности ГД по косвенным характеристикам, характеризующим процесс сгорания топлива в цилиндрах. Проверка методики показала, что она с абсолютной точностью совпадает с результатами опытов, но только на 100% -ном режиме нагружения машины. На долевых нагрузках ошибки возрастают тем больше, чем дальше от 100% отходит нагрузка. Следовательно, на долевых нагрузках ГД надежных методик нет.

По третьему направлению (методика идентификации ЭТХ тралов) мы проанализировали работы В.К. Короткова(1998), А.Л. Обвинцева(1987), Г.М. Долина(1981), Г.Д. Силукова(1984), Н.И. Заикина(1984), В.А. Яшина(1984), Э.Л. Карпенко(1986), А.Н. Литвина(1986), Н.М. Кудрявцева(1985), Ю.И. Бон-даренко(1985), П.С. Гюльбадамова(1986), К.Л. Павлова(1986). Анализ работ перечисленных авторов помог составить полную номенклатуру эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) тралов и придти к выводу, что попытка расширить число факторов, приводит к тупику. Рост числа факторов прямо ведет к увеличению объёма экспериментальных работ. Так при подходе А.Л. Об-винцева к проблеме паспортизации тралов необходимо учитывать 16 факторов. В этом случае для проведения одноразовых опытов методом планирования экспериментов по простейшему линейному плану ПФЭ типа 2К требуется 65536 опытов, что совершенно не реально.

Проведенный анализ литературы позволил сформулировать задачи собственных исследований.

Во второй главе приведены результаты исследований тяговых характеристик новых траулеров. С метрологической точки зрения для того, что бы оп-

ределять такую сложную характеристику, какой является фактическая тяга, нужен не менее сложный эталон тяги. Таким эталоном может быть только тяга новых судов, получаемая частично расчетом и частично опытным путем ео время ходовых испытаний при сдаче новых судов. При выводе формул тяг новых судов мы учитывали и тот факт, что тяга траулера равна нулю при какой-то существенной мощности, потребной для вращения коленвала ГД, гребного вала и винта при нулевом упоре. Эту величину мощности рассчитывают с помощью выражения

= (2ярК2п^5)-1(Г3 +^-Ъ„)Ыеглн. (2)

Расчеты по зависимости (2) по типам судов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Расчет мощности ГД судов при нулевом упоре винта

Тип судна к2 Частота Диаметр Потери Потери в Мощность ГД

вращения винта в гребном редукторе при нулевом

винта пс D, м вале, кВт упоре винта

об/с кВт №ф=о,кВт

Атлантик 0,005 2,9167 3,4 51,2 100 519,4

Орленок 0,007 3,3833 2,9 52,9 100 516,1

Прометей 0,007 3,567 2,9 85,6 0 511,2

Пр.1288 0,005 2,43 3,7 154 100 580

Моонзунд 0,007 2,55 4,0 159 200 1135

Математическая модель тяги новых судов типа «Атлантик» имеет вид

Рр = 0,4194Л'е -1,0747 ■10"",Лге2 -5,846К -0,794К2 —180,2 . (':>)

Зависимость (3) описывает опытные данные с точностью с=±5,9кИ е=±3,7%. Можно считать это вполне приемлемой точностью, т.к. она сравнима с точностью прибора для прямого измерения этой величины. Зависимость (3) получена для следующих условий: водоизмещение 2212 т, ветер - 3 балла, море - 2 балла, груза и снабжения нет, экипаж сокращенный и без багажа, т.е. таким судно может быть только один раз - на ходовых сдаточных испытаниях. В процессе эксплуатации все характеристики будут другими, но в этом и состоит роль эталона. Сравнивая тягово-скоростные характеристики судна с ним, узнаем о потерянной тяге.

По аналогии была получена зависимость тяги новых судов типа «Прометей», приведенных к одному водоизмещению (минимальному), которое составило 3200 т:

Рр = 0,3369ЛЪ-4,5-10-5Лге2-20,75К-0>41Кг -157,4 . (4)

Точность зависимости (4) характеризуется следующими данными: с(Рр)=±4,8кН; при числе опытных данных 29 и доверительной вероятности р=0,9 коэффициент распределения Стьюдента ^=1,7;. в(Рр)=±2,1%, что является достаточной точностью.

Тяга новых судов типа «Орленок» может быть рассчитана по зависимости

(5):

Рр = 0,462^6-1,223-Ю^Л^е2 -5,2634К-0,891К2 -194,7 . (5)

Достоверность зависимости (5) так же характеризуется е(Рр)=±4,4% при

р=0,9.

Тяга новых судов пр. 1288 может быть рассчитана по зависимости Рр = 0,2616Л'е - 2,525 • 10'5Л'е2 - 18,05К - 0,6366У2 -142,7. (6)

Тяга новых судов пр. А-488 типа «Моонзунд»

Рр = 0,483ЛЪ - 5,1 • 10"5 Ые1 -14,76V - 1,7759К2 - 481,7 . (7)

Тяга нового судна пр. 1330 типа «Керчанин»

Рр = 0,677Мг - 2,575 • \0'гИег - 0,3V - 0,324К2 -10,4 , (8)

где Ий- относительная мощность ГД, %.

В зависимостях (3)-(8) Рр в кН, V - в узлах, в зависимостях (3)-(7) Ые в

кВт.

Ые - это мощность, пошедшая на винт. Она рассчитывается по зависимостям (9) и (10)

(9)

•л мпсг. ' 4 '

Щ. 100%'

Ме = Ые,.л-^, (10)

Пег

где №Гдн - номинальная мощность ГД, кВт,

^г - мощность, отбираемая валогенератором, кВА,

т]вг ~~ кпд валогенератора. Основные выводы по второй главе: впервые получены высокоточные модели тяг 6-ти типов судов, находящихся в новом состоянии; по этим эталонным моделям можно путем сравнения получать величины фактических тяг судов, находящихся в эксплуатации.

В третьей главе приведены результаты разработки методики определения степени загрузки ГД. Необходимость в этом объясняется тем, что для точного знания тяги судна надо точно знать мощность, развиваемую ГД. Имеющиеся в настоящее время судовые приборы для определения относительной мощности ГД не отвечают требованиям к точности. Рассмотренные в первой главе методы расчета мощности ГД по косвенным характеристикам так же не подходят по точности на долевых режимах нагружения ГД. В связи с этим потребовалось разрабатывать математические модели, связывающие относительную мощность ГД с косвенными параметрами. Источниками послужили судовые документы о ходовых испытаниях новых судов. Качество собранного материала будем характеризовать по типам судов, т.к. оно разное. Так по судам пр. А-488 типа «Моонзунд», где в качестве ГД установлены по два дизеля бУББ 48/42 АЬ-2, была собрана информация о 16-ти дизелях. В этом случае объём выборки составляет: 1728 измерений для таких косвенных характеристик, как температура выхлопных газов и максимальное давление в цилиндрах и 288 измерений таких косвенных характеристик, как давление наддува избыточное и часовой расход топлива. Обработка статистики дала зависимости:

Мг = 0,09214?,. +0,4818Р„ -14,54, (11)

7/е = 0,0788?г + 0,4571/>н + 0,7304Рг -13,52, (12)

Ле = 0,1905?,. + 0Д365РЙ + 2,9165^ + 0,05150 - 60,34. (13)

Зависимость (11) имеет достоверность ст(ЛГе)=±5,3% при р=0,9, причем ошибка воспроизведения составляет лишь 0,35%, а остальные 4,94% - из-за разброса параметров в статистике, коэффициент информативности этой зависимости (по Левшину) Ки=2,3 - это достаточно высокий коэффициент. Зависимость (12) имеет достоверность о(Лге)=±4,98% при р=0,9, коэффициент инфор-

10

мативности равен 3,7. Зависимость (13) имеет достоверность o(JVe)=± 1,5% при р=0,9, Ки=5,18. Таким образом, зависимость (И) можно рекомендовать для повседневной практики ориентировочной оценки нагружения машины, зависимость (13) для целей точных работ, связанных с определением тяги судна.

На судах типа «Прометей» в качестве ГД используется дизель 8ZD 72/48 AL-1. Была собрана статистика по 11 двигателям, что дало объём выборки 1584 данных по температуре выхлопных газов и максимальному давлению в цилиндрах и 198 измерений по давлению наддува и часовому расходу топлива. Полу-

чены зависимости:

Ne = 0,1943/,. + 59,66Рн - 26,05, (14)

Ne = 0,1427/,. + 35,32Р„ + 0,824Рг - 50,75, (15)

Не = 0,107/,- +26,49РН + 0,ГА8Р7 +0,043(7-39,0. (16)

Зависимость (14) имеет достоверность a(Ne) = ±7,2% при р=0,9; зависимость(15) - а( N е) = ±3,9% при р=0,9, а зависимость (16) о(Л^е) = ±2,9% при р=0,9.

На судах типа «Атлантик» в качестве ГД устанавливали пару дизелей 48 А - 2и. Была собрана статистика по 20-ти этим двигателям. Получены зависимости:

Лре = 0Д841/г+145Д8Р„-18,26, (17)

Т/е = 0Д227/Г + 96,79Рн + 0,1890 -13,6. (18)

Достоверность зависимостей (17),(18) составила соответственно 10,2% и 7,4% при р=0,9. Более низкая точность этих зависимостей объясняется тем, что при ходовых испытаниях дизелей данного типа не измерялось давление Р2 на долевых режимах, а расход топлива на долевых режимах измерялся лишь на 10% судов.

На судах пр. 1288 типа «Пулковский меридиан» и пр. 16080 типа «Антарктида» в качестве ГД установлена пара дизелей 6 ЧН 40/46. Удалось собрать статистику по 6-ти дизелям. Получены зависимости:

Ле = 0,323/,. + 22,27Рн - 72,75, (19)

Ие = 0,215?,. +14,85^ + - 60,47,

Ые = 0,тг +11Д4РЯ + 0.28.Р, + 0,047(5-45,76.

(20) (21)

Достоверность зависимостей (19)-(21) составляет соответственно 14,5%, 9,1% и 6,6% при р=0,9.

На судах пр. А-333 типа «Орлёнок» в качестве ГД устанавливали пару дизелей 8УБ 26/20 АЬ-2. Удалось собрать информацию о 14-ти двигателях, и была получена зависимость:

Ле = 0,2486«,. + 1036Р^ + 4,8РЯ - 49,46. (22)

Достоверность зависимости (22) 10,9% при р=0,9. Невысокая точность объясняется тем, что на долевых режимах во время ходовых испытаний не измерялись Р2 и в. В зависимостях (11)-(22) ЛГе - в процентах, ^ - в градусах стоградусной шкалы, Рн - в кГ/см2 для всех случаев, кроме судов пр. А-488, у котэ-рых этот параметр в кПа, Рг - в кГ/см2 во всех случаях, кроме судов пр. А-488, у которых этот параметр в мПа и С - в кг/ч.

Разные единицы измерения обусловлены приборами, которые установлены на судах, названных типов.

Таким образом, нами получены численные модели, позволяющие определять эффективную относительную мощность судовых дизелей нескольких типов судов по косвенным характеристикам.

В четвертой главе приведены результаты исследований фактических тяг траулеров.

В процессе эксплуатации судна его тяга не остаётся постоянной. В период, который называется эксплуатационно-ремонтным циклом (ЭРЦ), его тяга постоянно снижается. Причин для этого много, назовём лишь основные: обрастание корпуса судна и его винта, изменение посадки и осадки судна в зависимости от загрузки, уменьшение мощности ГД за счет износа цилиндропоршнг-вой группы (ЦПГ), топливной аппаратуры (насосов высокого давления и фо э-сунок) нарушения регулировок ГД, влияния ветра и волнения. По этим причинам в текущий момент времени тяга судна равна не тяге нового судна, а какой-то другой величине, которую можно выразить:

РрФ = Ррн-ЬРр. ■ (23)

В зависимости (23) ДРр - это величина потери тяги в текущий момент времени. Потеря тяги в данном случае рассматривается как комплексное явление, обусловленное действием всех перечисленных причин. В связи с этим комплексную величину потери тяги можно разделить на потерю из-за износа машинно-движительного комплекса (МДК) и корпуса (К).

ЬРр = ЬРРидк+АРРк. (24)

В диссертации разработана методика определения входящих в (24) составляющих. Эта методика предусматривает проведение ходовых испытаний судов силами экипажей в два этапа. На первом этапе судно испытывается на прямом курсе в режиме «Полный вперёд». Этот режим не отрывает судно от выполнения его производственной программы, на таком режиме любое судно в рейсе движется по многу часов в сутки. Во время проведения опыта нужно соблюсти следующее условие: от последнего маневра машиной или рулём должно пройти не менее 30 минут, чтобы судно устойчиво пришло в новое положение равновесия. Во время опыта измеряются параметры: V - скорость судна относительно воды в узлах, Иаг - мощность, отбираемую валогенераторами в кВА и относительную мощность, развиваемую ГД в %. Обработка результатов опыта сводится к следующему: по относительной мощности ГД определяется размерная мощность; по этой размерной мощности и по мощности, отбираемой валогенераторами, определяют мощность, пошедшую на винт; по величине мощности, пошедшей на винт и скорости с помощью уравнений тяг по типам судов, определяют величину потери тяги судна на свободном ходу.

Затем проводятся испытания судна по второму этапу. Этот этап состоит в том, что судно испытывают в дрейфе без хода с ГД, работающим на винт при нулевом упоре. Этот режим не вызывает затруднений у экипажа судна, поскольку он характерен для промысла в самом конце траления, после подъёма мешка с уловом на палубу. При проведении этого опыта так же необходимо соблюсти условие - должно пройти не менее 20 мин после перевода винта на нулевой упор. Затем измеряют относительную мощность, развиваемую ГД (по

зависимостям Главы 3 по типам ГД) и мощность, отбираемую валогенератор 1-ми. После обработки результатов опыта получают мощность, пошедшую на винт при нулевом упоре. Эту мощность подставляют в уравнение тяги и получают потерю тяги из-за износа МДК. В Главе 4 выдвинута гипотеза о линейном законе изменения потери тяги от скорости, а так же проверена адекватное:!, этой гипотезы по опытным данным. Проверка показала, что с приемлемой для практики точностью линейным законом пользоваться можно. Тогда зависимость потери тяги будет иметь вид:

= + (25)

"сх

По зависимости (23) с использованием зависимости (25) рассчитывается фактическая тяга траулера.

Нами была собрана статистика по фактическим тягам судов разных типов и находившихся в эксплуатации разное время. Для однородности исходного статистического материала данные по судам выбирались при близких значениях степени загрузки машины (7/е~95%) и скорости траления (У=5 узлов). Такгя работа была проведена для судов типов: «Атлантик», «Прометей» и «Моон-зунд». В статистику судов типа «Прометей» были включены 26 судов, «Моон-зунд» - 3 судна и «Атлантик» - 7 судов. По судам типа «Прометей» получились статистические характеристики: математическое ожидание фактической тяги М(Ррф)=238,4 кН, ст(Ррф)=±32,4 кН, е(Ррф)=±13,6%. По судам типа «Моонзунд»: М(Ррф)=410кН, с(Ррф)=±82,5 кН, е(Ррф)=±20.%. По судам типа «Атлантик» М(РрФ)=140кН, о(Ррф)=±10,8кН, е(РрФ)=±7,7%.

При расчетах фактических тяг по судам «Прометей» и «Атлантик» принималось КВг=0, а для судов типа «Моонзунд» средняя статистическая величина 1ЧВГ=1032 кВА и в этом случае мощность, пошедшая на винт составляла Ие=3678 кВт. Для анализа технического состояния флота нами была внедрена в технический оборот расчетная величина промысловой годности судна по тяге (ПГСт). Эта величина рассчитывается по формуле

лгст = Ррф Ррл ■ 100% . (26)

Рр»~РрП

В зависимости (26) Ррд - это декретированная тяга, т.е. такое минимальнее значение тяги, при достижении которой судно направляется на ремонт. Этот уровень тяги должен назначаться приказом по типам судов. Величина декретированной тяги зависит от принятой системы технической эксплуатации флота, имеющегося объёма судоремонта и экономических соображений. Таких приказов по базам флота не было, суда направлялись на ремонт по другим соображениям, но анализ тяг судов, направляющихся на ремонт, у нас есть, как и статистические значения этих минимальных тяг. По типам судов это составило: «Прометей» Ррд = 180 кН, «Атлантик» Ррд = 90 кН, «Моонзунд» Ррд=200кН. Введение понятия о ПГСт позволило посмотреть на наличный флот с другой точки зрения. Так математическое ожидание ПГСт по судам типа «Прометей» составило М(ПГСт) = 50% ±27,7%, по судам типа «Моонзунд» М(ПГСт) = 73,3% ±28,8%, а по судам типа «Атлантик» М(ПГСт) = 64,1% ±13,8%.

Введение понятия о ПГСт позволило проанализировать темпы потери этой характеристики во время промысловых рейсов. Так было обработано 22 рейса 5-ти судов типа «Прометей». Были получены: средняя суточная потеря ПГСт, которая составила 0,221% ±0,055; среднее значение ПГСт в начале рейсов составило 81,2% ±15,1%, а средняя величина в конце рейсов 47,15% ±15,1%. На величину потери ПГСт в сутки влияет метод эксплуатации судна экипажем. Так были зафиксированы минимальные значения этого параметра 0,121% в сутки, что соответствует «осторожной» манере нагружения судна, и максимальные 0,289% в сутки, что, на наш взгляд, соответствует манере «план любой ценой». Все материалы получены путем обработки судовых журналов из архивов баз флотов. При обработке мы устраивали параллельные проверки для исключения ложной информации.

В итоге исследований нами разработан метод определения в судовых условиях фактической тяги траулера и предложено ввести понятие о расчетной величине промысловой годности судна по тяге (ПГСт).

В пятой главе приведены результаты разработки методики идентификации эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) тралов. В своем подходе к этому мы стремились к максимальному сокращению перечня факторов и функций отклика для того, чтобы работа по паспортизации тралов обрела реальность. В настоящее время ни один судовладелец не пойдет на большие расходы в силу своей ограниченной финансовой «мощности». Исходя из этого, в качестве факторов выбрали такие характеристики тралов, которые действительно варьируются в рейсе и, даже, в течение суток. К факторам отнесли: Ь -длину вытравленных ваеров, V - скорость траления, М - массу грузов углубителей на одно крыло и /к - длину кабелей и голых концов. В качестве функций отклика: И. - агрегатное сопротивление трала, Н - горизонт хода трала, Ь - вертикальное раскрытие трала и !т - расстояние между досками. Работы по получению технических паспортов тралов выполняли, опираясь, более всего, на работы Г.М. Долина. Как и у него, технический паспорт трала - это система линейных уравнений, коэффициенты к которым получают методом планирования экспериментов. В качестве плана выбрали простейший - полно факторный эксперимент ПФЭ типа 2К, где К - число факторов. Следовательно, для получения системы линейных уравнений необходимо выполнить 16 опытов (без повторения). При проведении указанной работы руководствовались соображениями: в действительности связи функций отклика и факторов (например, 1^00) не линейны, но известно, что в некотором диапазоне варьирования фактора нелинейную зависимость можно аппроксимировать линейной с какой-то, наперед заданной точностью. Эту точность задаем, исходя из технических соображений, и, если точность (адекватность) линейной модели окажется неприемлемой, то в этом случае следует просто уменьшить диапазон варьирования фактора до нужных размеров.

Мы взяли на себя лишь часть работы: провели опыты на натуре с судов типа «Керчанин», вооруженных тралами для лова шпрота в Черном море, а для получения технических паспортов тралов для лова в океане использовали публикации в отраслевой литературе и в руководящих документах (РД), которые

выпускались МариНПО. Методика идентификации ЭТХ тралов для судовых экипажей подробно описана в диссертации. Для лова шпрота в Черном море с судов типа СЧС-225 применяется трал 30,8/125 и его модификации. Перед проведением опытов необходимо описать факторы. В Черноморском эксперименте число факторов сократилось на один, т.к. при специфическом лове шпрота (траления только днем) не варьируется длина кабелей и голых концов. Описание факторов приведено в таблице 2. Таблица 2 - Описание факторов

Факторы Значения

Минимальное Максимальное Основной уровень Интервал варьирования

Хгдлина ваеров, м. 25 300 162,5 137,5

Х2-скорость траления, узлы 2,9 3,6 3,25 0,35

Хэ-масса грузов, кг 40 75 57,5 17,5

По методике планирования экспериментов были рассчитаны значения основного уровня, интервала варьирования каждого фактора, а также значения факторов в безразмерном виде по формулам:

Хт = + (27)

= (28)

Х.^Х'-Х«). (29)

ь

В безразмерном виде все минимальные значения факторов превращаются в (-1), а максимальные в (+1). План опытов (матрица) приведен в таблице 3.

Таблица 3 - План и результаты испытания трала 30,8/125

№ Хз Я Н 11 1т № X, X* X, я Н Ь 1т

1 -1 -1 -1 12 14 13 42 5 -1 -1 +1 13,7 18 14 42

2 +1 -1 -1 13,1 85 13,5 47 6 +1 -1 +1 14,6 90 14 46

3 -1 +1 -1 17,2 4 12 40 7 -1 +1 +1 18,8 10 12,5 39

4 +1 +1 -1 18,1 75 12 44 8 +1 +1 +1 19,8 80 13 43

Математическая модель трала 30,8/125 при факторах в размерном виде имеет вид:

Я = 0,003551 + 7,3 IV + 0,04бА/-11,1, (30)

1Т = 0,00151 - 3,93V - 0,02М+54,37.

Я = 0,258Л-13,57К + 0Д43М + 40,95,

h = 0,000911 - 1,79F + 0.021Л/+17,42

(31)

(32)

(33)

Достоверность полученных материалов характеризуется следующими данными: силовые параметры e(R)=±4,4% при р=0,9; горизонт хода £(Н)=±9,8% при р=0,9; вертикальное раскрытие e(h)=±3,5% при р—0,9; ошибка воспроизведения расстояния между досками е(1т)=±1,4%. При проведении опытов все остальные факторы оставались на постоянном уровне: диаметр ваеров - 14 мм:, длина кабелей - 50 м, длина голых концов -15 м, площадь досок - 1,4 м2, масса досок - 110 кг, верхняя подбора оснащена шестью пластмассовыми кухтылями диаметром 300 мм, нижняя подбора оснащена пятью отрезками цепи калибра 17 мм длиной по 1 м.

В диссертации исследован вопрос о достаточности размерного ряда тралов для имеющегося в наличии флота траулеров. По нашему мнению для судо з проектов: 1288, 1386, 16080 и А-488 соответствующего их тяге трала нет. Нами были проведены работы на уровне эскизного проекта для ликвидации этого пробела. Предложены две конструкции тралов для этих судов, одна из которых из капроновых материалов - 131/1225, а вторая из современного прочного материала «Dyneema» - 180/1680. Последний трал примерно соответствует выпускаемому за рубежом тралу «Gloria» для судов примерно с такой мощностью ГД.

В диссертации имеются рекомендации по подбору тралов к траулерам по их фактической тяге. Кратко рекомендации заключаются в следующем:

- в главе 5 диссертации приведены технические паспорта на 10 типов пелагических тралов, из которых 3 типа для маломерных траулеров (25,2/115, 30,8/125, 31,8/175); 4 типа для средних и больших траулеров (70/370, 76/336, 78,7/416, 78/420) и 3 типа для больших и супертраулеров (110/620, 118/620, 120/1120);

- все паспорта имеют одинаковую форму, аналогичную зависимостям (ЗО)-(ЗЗ) и различаются лишь коэффициентами при факторах;

- при выборе трала во все зависимости Я = (Ь,У,М,1К) по форме зависимости (30) необходимо подставить значения факторов: V - необходимую скорость траления для заданного объекта лова, а также условные значения факторов Ь=1000 м, М=1000 кг и 1к=Ю0 м;

- из полученных значений Я выбирают трал, у которого сопротивление ближе всех подходит к фактической тяге траулера;

- для этого трала из паспорта выписывают оставшиеся три зависимости Н,Ь,1Т=£(Ь,У,М,1К) по форме зависимостей (31)-(33);

- левые части выписанных из паспорта зависимостей заменяют числами: Н=ть, Ь=Ьт!п, 1т=1ттт> где Ш|,- математическое ожидание глубины хода стай в заданном районе промысла, Ьт1П и 1ттш - минимальные требования к вертикальному и горизонтальному раскрытию трала в районе промысла;

-цифровые значения параметров ть, Ьт1„ и 1Тт;„ известны по всем районам промысла, т.к. отечественный опыт работы в них исчисляется многими десятилетиями;

- решение трех уравнений по форме (31)-(33) дает три значения для факторов Ь, М, 1к, которые округляют до удобных для практики величин;

- полученные решения Ь, М, 1к, а также заданную скорость траления V, подставляют в уравнение сопротивления по форме (30) и сравнивают величины сопротивления трала и фактической тяги;

- в случае если разница между II и Рр® не превышает 5%, решение о выборе трала считается окончательным. Таким образом, выбирается трал на первую половину рейса.

На промысле за один рейс тяга судна меняется в существенных пределах. Проиллюстрируем это примером. БМРТ типа «Прометей» имеют в начале рейса математическое ожидание тяги 274 ±17,8 кН, в конце рейса 235,2±22,6 кН. Рассмотрим трал 120/1120 пр. 2888 НПО, рекомендованный РД 22-007/90,для этих судов, у которого при основной оснастке (Рд=9 м2, Рщ=5 м2, М=1500 кг, 1К=150 м) на постоянной мощности, пошедшей на винт №=2350 кВт в зависи-

мости от длины ваеров варьируется скорость траления и агрегатное сопротивление трала (см. таблицу 4).

Таблица 4 - Некоторые характеристики трала 120/1120

Длина ваеров Ьв,м Скорость Ут, узлы Сопротивление трала Ятр.кН

600 5,3 249

900 5,2 278

1200 5,05 281

Как видно из таблицы 4, сопротивление трала в случае траления с длиной вытравленных ваеров 1200 м больше тяги судна даже в начале рейса, а в конце рейса трал не подходит судну на любом режиме. Причем указанная выше мощность, пошедшая на винт, не случайна, она соответствует большинству случаев нагружения машины на промысле (77еГд=95%, №гд=2707 кВт, ЫВг=340 кВА, №=2350кВт). В данном примере видно, что во второй половине рейса на судне возникает ситуация, которую можно характеризовать как дефицит тяги. Мы хотим показать, как решить возникшую проблему путем модернизации имеющихся на борту тралов.

Нами предложены три варианта модернизации трапа: уменьшение размеров пластин мотенной части трала; замена части пластин мотни на другие пластины с большим шагом ячеи и замена части пластин мотни трала, изготовленных из капрона, на пластины из Бупееша. Расчеты, проведенные в диссертации, показали, что модернизация трала, направленная на снижение его сопротивления носит характер небольшой переделки, вполне доступной для условий палубы судна. При проведении модернизации трала учитывалось то обстоятельство, что на палубе судна трудно работать с канатной часть, в связи с ограниченностью пространства, в тоже время пластины мотни имеют небольшую высоту, и работа с ними, не затруднительна.

По этой причине при модернизации тралов принято решение модернизировать только мотенные части, не меняя канатную часть и переднюю кромку мотни с тем, чтобы не менять цикл соединения канатной и мотенной частей.

Для условий примера (стр.19) имеем Ся=235/274=0,8577. Если принять, что Са=Ск=Ср=Сй=1, то тогда по условию силового подобия имеем, что

О-л/с^ = ^/0,8577 =0,9261. При условии, что канатная часть не подлежит модернизации, мотенную часть необходимо модернизировать с другим линейным масштабом, величину которого не сложно подсчитать. Масштаб площадей равен:

Сг=С>; Сш 0,8577-326-135,7

' ' "" Рни 190,2

где СРМ - масштаб площадей мотенной части, тоже с индексом Т - трала, с индексом К - канатной части, площади трала, канатной и мотенной частей подсчитаны по чертежу трала, приведенного в РД22-007/90. Масштабу площадей 0,7562 соответствует масштаб линейных размеров 0,87. В таблице 5 приведены сведения о мотенной части трала до модернизации, модернизации по первому методу (уменьшение размеров пластин), по второму методу (замена части пластин на пластины с большим шагом ячеи) и по третьему методу (замена пластин из капрона на пластины из Оупееша).

Таблица 5 - Мотенная часть трала 120/1120 до и после модернизации

»Га ПП а мм й мм Натура 1-й метод 2-й метод 3-й метод

п? т П| 1Ъ т а >1 п, п2 т а а П1 п? ш

1 1200 6 22 19 11,5 22 16 10 1200 6 22 12 15 1200 3 22 19 11,5

2 800 6 24 19 10,5 21 16 9 1200 6 800 3 24 19 10,5

3 400 4 36 32 10 31 28 8.5 1200 6 400 4 36 32 10

4 200 ЗД 50 45 12,5 44 39 И 400 4 25 23 5 200 зд 50 45 12,5

5 100 2,4 84 69 53,5 73 60 46,5 100 2,4 84 69 53,5 100 2,4 84 69 53,5

б 65 2,4 92 61 | 107,5 80 53 93.5 65 2,4 92 61 107,5 65 2,4 92 61 107,5

СР=0,75 СР=0,72 С,=0,768

Из таблицы 5 видно, что модернизации тралов по всем трем методикам не затруднительны для выполнения в условиях палубы судна.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведенные исследования показали, что тяговая характеристика траулера является не только функцией от мощности, пошедшей на винт, и скорости траления, но и от времени эксплуатации судна.

2. Для определения фактической тяги траулера в любой момент эксплуатации требуется эталон. Таким эталоном является тяга нового судна. В ра-

боте получены зависимости (3) -(8) тяги новых судов 7 типов (А-488, 16080,1288, Прометей, Атлантик, А-333,1330).

3. Для определения мощности, пошедшей на винт, необходимы адекватные модели (13)-(22) относительной мощности ГД, в зависимости от косвенных характеристик О, Рн, Рг, О). Такие модели были получены для дизелей 8\те 48/42-АЬ-2, 6ЧН 40/46, 82В 72/48-АЬ-1, 81т> 48А-2и, 8УБ 26/20-АЬ-2.

4. Для анализа технического состояния флота нами предложено ввести понятие о расчетной величине промысловой годности судна по тяге (ПГСт). Эта величина рассчитывается по формуле (26).

5. Разработан метод оперативной оценки эксплуатационно-технических характеристик тралов в условиях промысла.

6. Для десяти тралов разработаны математические модели зависимости их гидродинамического сопротивления от факторов влияния (паспорта тралов).

7. Практическая апробация паспортов тралов проведена при выполнении натурных экспериментов с тралами судов пр. 1330 типа «Керчанин», которая показала, что модели обладают хорошей адекватностью и представляют практическую пользу для промысловиков при определении регулировочных параметров в меняющихся условиях лова;

8. Применение в практике тралового лова результатов и рекомендаций, разработанных в диссертации, позволяет перевести техническую эксплуатацию системы судно-трал На более высокий, научно обоснованный уровень.

9. Положительным эффектом от внедрения новой методологии эксплуатации судов тралового флота, основанной на анализе тяговых характеристик, может являться: снижение числа аварий ГД от перегрузки и увеличение вылова рыбы судами по причине роста эксплуатационного времени, морского времени и времени лова.

Основное содержание диссертации изложено в изданиях, рекомендованных ВАК Украины (1 - 6, 9) и ВАК Минобрнауки России (7,8):

1. Рязанова Т.В., Веденеев B.JI. Идентификация загрузки судовых двигателей /Рыбное хозяйство Украины. 2001. №1. С. 43-44.

2. Рязанова Т.В. Техническая эксплуатация траулеров на основе анализа их тяг /Рыбное хозяйство Украины. 2002. №2. С. 12-13.

3. Рязанова Т.В. Методика определения фактической тяги траулеров /Рыбное хозяйство Украины. 2002. №3, 4. С. 24-25.

4. Рязанова Т.В. Методика технической паспортизации тралов /Рыбное хозяйство Украины. 2004. №3,4. С. 14-16.

5. Рязанова Т.В. Обоснование эксплуатационной мощности ГД траулеров /Рыбное хозяйство Украины. 2005. № 2. С. 26-27.

6. Рязанова Т.В., Веденеев B.JI. Математическая формализация опытных данных эксплуатации пропульсивного комплекса морского судна //Рыбное хозяйство Украины. 2007. № 6. С. 27-30.

7. Рязанова Т.В. Долин Г.М. Опыт технической паспортизации малого рыболовного трала /Рыбпром. 2009. № 3. С. 62-63.

8. Рязанова Т.В. Промысловая эксплуатация траулеров на основе анализа их тяг /Рыбпром. 2009. № 4. С. 49-52.

9. Рязанова Т.В. Веденеев B.JI. Обоснование объема экспериментальных работ для получения достоверного уравнения тяги промыслового судна /Рыбное хозяйство Украины. 2010. № 4. С. 18-22.

Личный вклад Рязановой Т.В. в публикациях с соавторами составляет: № 1 - 70%; №6 _ 60%; №7 - 80%; №9 - 60%.

Заказ № . Подо, в печать /X //■-// Формат 60x84/16.

Объем 1,0 усл. п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано Издательство ФГБОУ ВЛО «КГТУ»,

236022, г. Калининград, Советский проспект, I.

Введение.

Глава 1 Анализ литературы по теме исследования.

1.1 Методы расчета тяговых характеристик судов.

1.2 Методы расчета мощности, развиваемой главным двигателем.

1.3 Идентификация эксплуатационно-технических характеристик рыболовных тралов.

1.4 Техническая эксплуатация системы судно - трал.

1.5 Выводы по главе 1 и постановка задач собственных исследований.

Глава 2 Исследование тяговых характеристик траулеров.

2.1 Тяговые характеристики новых траулеров.

2.2-Метод^опре деления тяги нового судна типа «Атлантик».

2.3 Метод определения тяги нового БМРТ типа «Прометей».

2.4 Метод определения тяги нового судна пр. А-333 типа «Орленок».

2.5 Метод определения тяги нового судна пр. 1288 типа «Пулковский меридиан».

2.6 Метод определения тяги новых судов пр. А-488 типа «Моонзунд».

2.7 Метод определения тяги судна пр. 1330 типа «Керчанин».

Глава 3 Методика определения степени загрузки главного двигателя.

3.1 Метод определения загрузки главного двигателя на судах пр. А-488 типа «Моонзунд».

3.2 Метод определения загрузки главного двигателя на БМРТ типа «Прометей».

3.3 Доказательство обоснованности применения статистических характеристик.

3.4 Метод определения степени загрузки ГД на БМРТ типа «Атлантик».

3.5 Методика определения относительной мощности ГД судов пр. 1288 типа «Пулковский меридиан» и пр. 16080 типа «Антарктида».

3.6 Методика определения относительной мощности ГД судов пр. А-333 типа «Орлёнок».

Глава 4 Исследование фактических тяг траулеров.

4.1 Обоснование методики определения фактической тяги траулера.

4.2 Упрощенная методика определения потери тяги.

4.3 Практическая проверка приемлемости определения фактической тяги.

Глава 5 Методика идентификации эксплуатационно-технических характеристик тралов.

5.1 Методика получения математических моделей тралов.

5.2 Технические паспорта некоторых тралов.

5.3 Рекомендации по подбору трала в зависимости от фактической тяги судна.

Диссертационная работа посвящена повышению эффективности промысловой эксплуатации траулеров. Повышение эффективности предлагается достигать путем внедрения результатов исследований, полученных в ходе выполнения диссертационной работы. К результатам исследований относится разработка метода определения фактической тяги траулеров, метода определения степени загрузки главных двигателей (ГД) траулеров; методика оперативного определения эксплуатационно-технических характеристик рыболовных тралов и методика подбора тралов к судам по их тяговым характеристикам.

Новые знания дают возможность оценить статистические характеристики фактических тяг траулеров по их типам и на этой основе проектировать размерный ряд тралов, наиболее отвечающий текущему техническому состоянию флота.

Проблема повышения эффективности промысловой эксплуатации судов тралового флота возникла в конце 70-х годов прошлого века. По мере роста спроса на рыбную продукцию и различные гидробионты, развивалась и рыбная отрасль. Строились новые рыбные порты и расширялись существующие, рос количественно и качественно флот, росло число занятых в рыбной отрасли людей, в стране расширялась сеть холодильников, обрабатывающих предприятий, торговая сеть и специализированные средства транспорта. Отрасль была прибыльной и развивалась бурно. О динамике развития отрасли говорят цифры: 5 млн. тонн добычи в 1960 году и 11,8 млн. тонн в 1990. До 70-х годов в отрасли преобладали донные тралы, которые не нагружали судовые силовые установки более чем на 60-70%. Имевшиеся резервы мощности нельзя было использовать по двум причинам: во-первых, резервы можно использовать для увеличения скорости траления, но на практике этого не требовалось, т.к. донные объекты лова хорошо облавливались на скоростях 3,5-4,0 узла, а рост скорости даже приводил к снижению уловов (см. Коротков В.К. [19] С. 262); во-вторых, резерв мощности можно было использовать на увеличение размеров тралов, но и этот путь не нашел развития на практике, так как с увеличением размеров тралов увеличивалась и вероятность аварии от зацепа с препятствием на дне. Неслучайно, что созданные донные тралы «Треска» и «Хек-4М» применялись 30 лет с различных по тяге судов (от БМРТ пр. 394 до БМРТ типа «Прометей»).

На смену донным пришли пелагические тралы. Так как пелагические объекты лова имеют три оси для ухода от орудия лова, это обстоятельство сразу потребовало резкого увеличения размеров тралов и скоростей траления. Для иллюстрации отметим, что донные тралы имели вертикальное раскрытие от 3 до 11 метров и скорость траления от 3 до 4 узлов, а пелагические тралы имеют вертикальное раскрытие до 120 метров и скорость траления до 7 узлов. Внедрение пелагических тралов дало отрасли огромные приросты уловов, но и породило массу проблем. Основная из них - главные двигатели траулеров стали нагружать до предела, мощностей стало не хватать. Это привело к быстрой смене нескольких поколений судов, мощность ГД которых менялась от 1250 кВт («Тропик ») до 5300 кВт («Моонзунд »). Появление новых судов вело к появлению новых тралов, которые были все больше и гидродинамически все «тяжелей». Появились проблемы с перегрузками ГД и, как следствие, с повышенными темпами их износа, не редки, стали аварии с ГД. В 80-е годы появился острый дефицит объема судоремонта, все труднее было выставлять на промысел плановое количество судов. В отрасли самой приоритетной и финансируемой стала комплексная целевая программа (КПП) «Судоремонт». Именно тогда началось бурное развитие теории и практики систем эксплуатации флота, развивался объем судоремонтных предприятий, велись научные исследования в области повышения эффективности эксплуатации системы судно-трал. После 1991 года отрасль распалась на мелкие части и в условиях кризиса начала деградировать. Научные исследования не финансировались, научные коллективы распались. Флотом южного бассейна, преемником которого стала Украина, в лучшие годы добывалось от 1 до 1,5 млн. тонн гидробионтов, в настоящий момент добыча упала в 10 раз. С учетом потребностей сегодняшнего дня и, особенно, на перспективу необходимо продолжать исследования, направленные на повышение экономической эффективности траулеров. Наши исследования позволяют расширить возможности судовых экипажей в определении степени загрузки ГД, в определении фактической тяги траулеров, в определении важнейших характеристик тралов и в более обоснованном выборе их для судов. Все это позволит уменьшить темпы износа и число аварий с ГД из-за перегрузок, сократить время простоя в ремонте, увеличить эксплуатационное время, а, следовательно, и добычу.

Из теории корабля известно, что при установившейся скорости движения располагаемая тяга есть разница между упором винта- и сопротивлением корпуса. Известно, что на скорости полного свободного хода располагаемая тяга равна нулю. Но поскольку скорость траления составляет лишь часть скорости полного хода, то появляется значительная располагаемая тяга, которую тратят на преодоление сопротивления трала. Именно эта величина располагаемой тяги на скорости траления является основой для проектирования конкретной конструкции трала. Практика показала, что пределы изменения тяги очень широки - до 50% от начального значения. Это обстоятельство заставило нас считать первоочередной задачей разработку методики определения фактической тяги траулера, доступной членам судовых экипажей. В ходе решения основной проблемы всплыла не решенная на практике задача достоверного определения степени загрузки главного двигателя.

Анализ практики эксплуатации судов показал, что фактическая тяга судов и степень нагружения цилиндров ГД являются случайными величинами. По этой причине в своих исследованиях мы использовали методы математической статистики, определяя законы распределения случайных величин, создавая математические модели для их описания и производя оценку достоверности полученных материалов.

Поскольку предметом исследования является система судно-трал, стало необходимым поставить в задачу исследования и методику оперативного определения эксплуатационно-технических характеристик тралов. Для этого необходимо обосновать форму технического паспорта; обосновать перечень основных характеристик трала, подлежащих паспортизации, разделить важнейшие характеристики на факторы и на функции отклика, разработать методику технической паспортизации, доступную для использования на промысле членам судовых экипажей.

Завершающая задача - это методика подбора тралов к судам по техническим паспортам первых и фактической тяге вторых. При этом мы исходим из того, что задача подбора трала к судну многовариантная, т.к. для одной и той же тяги можно подобрать несколько тралов, настроенных, по-разному. Для придания однозначности решения в этом случае мы предлагаем использовать методику Ю.В. Кадильникова [12], которая позволяет оценить улов для каждого варианта подбора и выбрать лучший.

Результаты работы в разное время внедрялись на судах ОАО «Керченский рыбокомбинат», Калининградской базы тралового флота, ПО «Керчьрыбпром», ППО «Югрыбпоиск». Внедрялись результаты работы в учебный процесс в Керченском государственном морском технологическом университете в виде методических указаний к выполнению практических работ и курсовых проектов.

Актуальность темы диссертации определяется практической потребностью проектировщиков и эксплуатационников в рекомендациях по методам проектирования, подбора, замены или модернизации тралов в условиях снижения тяги судна в течение рейса, эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) или всего срока службы траулера.

Обычно тралы проектируют, строят и снабжают ими суда исходя из тяги новых судов, но они в период эксплуатации динамично меняют свои тяговые характеристики. Практика показала, что пределы изменения тяги очень широки - до 50% от начального значения. Не учет этого явления приводит к необходимости форсированной эксплуатации судов, что сопровождается повышенным темпом износа главных двигателей, их авариями и потерями промыслового времени.

Целью настоящих исследований является повышение эффективности промысловой эксплуатации траулеров на основе оперативной оценки фактической тяги судна и гидродинамического сопротивления трала.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- выполнен анализ научных исследований по влиянию эксплуатационных факторов на техническое состояние пропульсивных комплексов траулеров;

- выполнен сбор статистических данных о тяговых характеристиках траулеров;

- разработан метод определения в судовых условиях фактической тяги траулера;

- разработан метод определения степени загрузки главного двигателя траулера;

- разработан метод оперативной оценки эксплуатационно-технических характеристик тралов в условиях промысла;

- выполнены натурные эксперименты с тралами судов пр. 1330 типа «Керчанин»;

- для десяти тралов разработаны математические модели (паспорта) зависимости их гидродинамического сопротивления от факторов влияния;

- разработаны рекомендации для проектировщиков и эксплуатационников по методам подбора тралов для траулеров с учётом их фактической тяги.

Научная новизна работы состоит в разработке методологии технической эксплуатации системы судно-трал на основе оперативной оценки фактической тяги судна и гидродинамического сопротивления трала.

Практическая ценность предпринятых исследований заключается: в возможности повышении эффективности промысловой эксплуатации системы судно-трал на основе оперативной оценки тяговых характеристик траулера и гидродинамического сопротивления трала. Положительный эффект может заключаться в возможностях: снижения износа главного двигателя и сокращении расходов на его текущий и аварийный ремонт; увеличения вылова рыбы за счёт сокращения аварийных потерь промыслового времени; увеличения вылова рыбы за счёт подбора трала с эффективными параметрами.

Результаты работы внедрены в различные рыбохозяйственные организации в виде инструкций и рекомендаций, кроме того, результаты внедрены в учебный процесс при подготовке судоводителей, судомехаников и добытчиков.

Основные положения, выносимые на защиту:

- метод определения в судовых условиях фактической тяги траулера;

- математические модели зависимости гидродинамического сопротивления тралов от факторов влияния (паспорта тралов);

- рекомендации по оценке соответствия фактической тяги траулера и гидродинамического сопротивления трала.

Личный вклад диссертанта состоит: в сборе и обработке статистических данных о тягово-скоростных характеристиках траулеров; в постановке натурного эксперимента с тралами на судах пр. 1330 типа «Керчанин»; в обработке статистических и опытных данных по техническим характеристикам тралов; в разработке рекомендаций для промышленности.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительный отзыв на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Керченского государственного морского технологического университета (Керчь, 1998-2009 годы).

Использование результатов работы. Основные результаты выполненных исследований в настоящее время используется в учебном процессе по дисциплинам «Промышленное рыболовство», «Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна» при обучении студентов специальностей «Судовождение» и «Эксплуатация судовых энергетических установок» и в виде рекомендаций для предприятий рыбного хозяйства

Публикации. Основные положения и результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 9 печатных работах. Из них две работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России и семь в издании, рекомендованном ВАК Украины.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и 6 приложений. Общий объем 170 страниц (страниц с учетом приложений), в том числе, 15 рисунков, и 62 таблицы. Библиографический список литературы состоит из 49 наименований, из которых 4 иностранные.

ВЫВОДЫ

1. Проведенная научно-исследовательская работа показала, что тяговая характеристика траулера является не только функцией от мощности, пошедшей на винт, и скорости траления, но и от условий эксплуатации судна (район плавания, отношение ходового и стояночного времени, времени от последнего докования и т.п.).

2. Для определения фактической тяги траулера в любой момент эксплуатации требуется эталон. Таким эталоном является тяга нового судна. В работе получены зависимости (2.6, 2.9, 2.10, 2.11, 2.12, 2.14) тяги новых судов 7 типов (Атлантик, Прометей, А-333, 1288, 16080, А-488, 1330).

3. Для определения мощности, пошедшей на винт, необходимы адекватные модели относительной мощности ГД, в зависимости от косвенных характеристик (1:г, Рн, Рг> О). Такие модели были получены для дизелей 8УБ8 48/42-АЬ-2, 6ЧН 40/46, 72/48-АЬ-1, 8ЫУЭ 48А-2и, 8УЭ 26/20-АЬ-2.

4. Для анализа технического состояния флота нами предложено ввести понятие о расчетной величине промысловой годности судна по тяге (ПГСт). Эта величина рассчитывается по формуле (4.15).

5. Разработан метод оперативной оценки эксплуатационно-технических характеристик тралов в условиях промысла.

6. Для десяти тралов разработаны математические модели зависимости их гидродинамического сопротивления от факторов влияния (паспорта тралов).

7. Практическая апробация паспортов тралов проведена при выполнении натурных экспериментов с тралами судов пр. 1330 типа «Керчанин», которая показала, что модели обладают хорошей адекватностью и представляют практическую пользу для промыеловиков при определении регулировочных параметров в меняющихся условиях лова;

8. Применение в практике тралового лова результатов и рекомендаций, разработанных в диссертации, позволяет перевести техническую эксплуатацию системы судно-трал на более высокий, научно обоснованный уровень.

9. Положительным эффектом от внедрения новой методологии эксплуатации судов тралового флота, основанной на анализе тяговых характеристик, может являться: снижение числа аварий ГД от перегрузки и увеличение вылова рыбы судами по причине роста эксплуатационного времени, морского времени и времени на лову.

Заключение

Настоящая научная работа посвящена научному обоснованию методов определения фактической тяги траулера и подбора тралов к судам, обеспечивающих приемлемую уловистость и безаварийную работу.

Выполненный в диссертации обзор литературных источников по теме исследования позволил определить круг задач по определению расчетными методами фактической тяги траулеров и разработки технической паспортизации тралов.

С целью решения поставленных задач были выполнены следующие этапы работ: собраны, проанализированы и обработаны необходимые для исследования, данные из специальных публикаций по тягам и мощностям рыболовных траулеров, протоколов ходовых испытаний головных судов, фрагментов ходовых испытаний рядовых судов из судовых документов и поставлены собственные опыты; собрана информация по косвенным характеристикам главных двигателей и обработана методами математической статистики по пяти типам судов, а для судов типа СЧС-225 поставлены собственные эксперименты; по судовым и машинным журналам судов КБТФ (из технического архива) проведена работа по исследованию динамики фактической тяги судов за время рейса, кроме того, рассчитана промысловая годность судна по тяге в начале и в конце рейса и определена суточная потеря ПГСт; проведены эксперименты с тралами для лова шпрота в Черном море с судов типа СЧС-225 для получения технических паспортов тралов и обработаны результаты экспериментальной работы комиссии МРХ СССР по комплексным испытаниям тралов в океане для получения технических паспортов некоторых океанических тралов.

В результате выполненной научно-исследовательской работы были выполнены все поставленные задачи. Получены уравнения тяг новых траулеров (глава 2), разработан метод определения относительной мощности ГД по косвенным характеристикам (глава 3), разработана методика определения фактических тяг траулеров (глава 4), разработан метод оперативной оценки

ЭТХ рыболовных тралов (глава 5). При проведении указанных работ было уделено внимание к достоверности полученных материалов. Так фактическая тяга траулеров может быть определена с точностью ±10% при доверительной вероятности р=0,9. Относительную мощность ГД можно определить с точностью от 3 до 6% в зависимости от набора косвенных характеристик при доверительной вероятности р=0,9. ЭТХ рыболовных тралов можно определить с точностью от 2 до 10% в зависимости от вида характеристики.

Полученные материалы позволяют перевести техническую эксплуатацию системы судно-трал на более высокий уровень. Так наличие зависимостей N е=:Г(1:г,Рн,Р2>0) позволяет:

- 2-му механику, старшему механику и капитану точно знать степень загрузки ГД и не допускать их перегрузки;

- этим же лицам можно следить за качеством регулировки каждого ГД и пары ГД, если ГЭУ на судне представляет собой ДРА;

Все это позволяет увеличить межремонтный срок эксплуатации ГД и избежать аварий ГД из-за перегрузки. Последнее заявление не является голословным. Так на судах пр. А 333 типа «Орленок» механики не имели знаний и возможностей достоверно определить степень загрузки ГД. Результатом этого явилось то, что в первый год эксплуатации этих судов в Пионерской базе океанического рыболовного флота (ПБОРФ) из 3 5 судов 17 вернулись в порт до окончания рейса в аварийном состоянии на одном ГД. Механики боялись этих судов, т.к. там стояли высокооборотные двигатели, не прощающие ошибок в эксплуатации. Такая ситуация для отрасли была большой проблемой, т.к. денег и запасных частей для ремонта новейших судов не было. Причем суда типа «Орленок» не были исключением. Так на судах пр. 1288 типа «Пулковский меридиан» по проекту устанавливались чешские дизеля мощностью по 3000 л.с. (2ГД), но в первых же рейсах с ГД произошли тяжелые аварии и на эти суда пришлось ставить другие ГД (6 ЧН 40/46), которые предназначены, были для судов пр. 1386 типа «Горизонт», программу строительства которых просто свернули.

Так что вопрос о надежном методе прогнозирования и оценки мощности ГД совсем не праздный, и мы сделали свой посильный вклад в решение этой проблемы.

Метод определения фактической тяги траулеров - это еще один шаг среди множества, которые мы видим в специальной литературе по эксплуатации пропульсивного комплекса морского судна. Многие авторы искали и, как им казалось, находили обобщенные критерии оценки влияния на тягово-скоростные характеристики судов эксплуатационных факторов (износа ГД, износа опор гребного вала, роста шероховатости лопастей винта и корпуса судна). На наш взгляд решения других авторов очень сложны для членов судовых экипажей. Мы предложили в качестве обобщенной оценки принять величину потери тяги. И хотя она не постоянна для одного и того же судна, а находится в динамике в зависимости от сроков и условий эксплуатации судна, но определить ее для членов экипажа не сложно. При определении величины потери тяги капитан и старший механик получают статистический материал, позволяющий им анализировать свои методы эксплуатации судна и сравнивать их с методами эксплуатации других судов с целью выявления передового опыта.

Определение фактической тяги судна до ремонта и после него позволяет численно оценить восстановительные качества ремонта по тяге. В последующем это поможет судовладельцу принимать управленческое решение, в какой фирме заказывать ремонт, а в какой нет.

Необходимо отметить, что точность определения фактической тяги находится в зависимости от точности уравнения тяги нового траулера. Тяга нового траулера является эталоном, по которому, путем сравнения, определяют фактическую тягу судна, находящегося в эксплуатации. Исходя из этого, ходовые испытания нового судна необходимо проводить с достаточной тщательностью. Ходовые испытания новых судов и сейчас проводятся по достаточно серьезным программам. Однако эти программы следует дополнить в следующих позициях:

- швартовые испытания судов. Дополнить измерениями упора винта при 4-5 значениях мощности, пошедшей на винт (последнее значение, по возможности, близкое к 95% номинальной нагрузки ГД). Для этих испытаний на рейде, вблизи от судостроительного завода необходимо иметь швартовую бочку с достаточной держащей силой якорей;

- ходовые испытания судов. Дополнить ходовые испытания судов на свободном ходу 4-5 промежуточными значениями скоростей между У=0 и У=Утах;

- ходовые испытания судна с «возом». Ввести в качестве обязательных такие испытания для траулеров. Для этих целей необходимо разработать и построить устройства с изменяемым и большим сопротивлением при его буксировке на скорости до 6 узлов. При этих испытаниях необходимо измерять динамометрами тягу судна при переменных значениях № и У. Для сокращения числа опытов в этом случае применять метод планирования экспериментов;

- при швартовых и ходовых испытаниях измерять в обязательном порядке такие косвенные характеристики работы ГД как ^ Рн,

Р* о.

Разумеется, расширение программы ходовых испытаний новых судов приведет к их удорожанию. Но это тот случай, когда при росте затрат на начальном этапе эксплуатации судна, приведет к существенно большей экономии за весь последующий многолетний (до 40 лет) срок эксплуатации судов.

Необходимо оговорить еще один момент, при появлении новых поколений судов, переложить прямо полученные здесь результаты будет трудно, но останется полезным тот методический подход, который разработан в работе, заполнив его новым цифровым материалом испытаний новых судов.

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений. М. Наука. 1976. 279 с.

2. Богомолов B.C. Судовые электроэнергетические установки подчиненного управления. Калининград. 1996. 240 с.

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М. Наука. 1986. 544 с.

4. Веденеев B.J1. Отчет о НИР. «Сбор статистического материала по тяговым и скоростным характеристикам крупнотоннажных траулеров после выхода из ремонта». Керчь. КФ КТИРПХ. 1991. 35 с.

5. ГОСТ 10150-62 «Дизели стационарные судовые и тепловозные. Технические требования» М. ГОСТАНДАРТ 1962. 28 с.

6. Гуральник Б.С. Метод расчета операторов дополнительного сопротивления промысловых судов на волнении. Труды КТИРПХ. 1979. Вып.81. С. 216-221.

7. Двойных Э.Е., Семенычева Е.Т., Саврасов В.К. Диаграммы тяги и мощности рыболовных траулеров, Обзорная информация -ЦНИИТЭИРХ, серия 6, «Промысловое оборудование», 1971, вып. 2. 46 с.

8. Документ SK 30.01-3.0085. Ходовые испытания судна типа «Атлантик» строительный № 1. Штральзунд. 1966. 54с.

9. Долин Г.М. Методические указания по проведению технических испытаний канатных тралов. Отчет по теме 81-1.2. Калининград. КТИРПХ, 1981. 29 с.

10. Ерошин В.А. Гидродинамические характеристики больших рыболовных траулеров. Вопросы судостроения, серия «Проектирование судов», 1975. Вып. 8. С. 16-28.

11. Ерошин В.А. Характеристики сопротивления и взаимодействия движителя с корпусом больших рыболовных траулеров с бульбовой носовой оконечностью. Вопросы судостроения, серия «Проектирование судов», 1977. Вып. 15. С. 21-40.

12. Кадильников Ю.В. Вероятностно-статистическая теория рыболовных систем и техническая доступность для них водных биоресурсов. Калининград. Атлант НИРО. 2001. 275 с.

13. Карпенко Э.Л., Гюльбадамов П.С., Литвин А.Н., Павлов К.Л. Анализ промысловой эффективности канатных разноглубинных тралов в районе ЮВА и пути её повышения. Обзорная информация ЦНИИТЭИРХ. М. 1986. Вып. 1. ДСП. Серия «Промышленное рыболовство». 55 с.

14. Карпенко Э.Л., Литвин А.Н., Кудрявцев Н.М., Бондаренко Ю.И. Комплексные сравнительные испытания канатных разноглубинных тралов в ЮВТО. Обзорная информация ЦНИИТЭИРХ. М. 1985. Вып. 1. ДСП. Серия «Промышленное рыболовство». 60 с.

15. Кацман Ф.М. Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна. М. Транспорт, 1987. 223 с.

16. Кацман Ф.М., Пустошный А.Ф., Штумпф В.М. Пропульсивные качества морских судов. Л. «Судостроение», 1972. 240 с.

17. Комплексные сравнительные испытания канатных тралов в районе ЦВА. Отчет межбассейновой комиссии Минрыбхоза СССР. М. ,1987. Юс.

18. Король Ю.М. , Дудченко С.О. Прогнозирование тяговых характеристик буксиров на ранних стадиях проектирования. //Рыбное хозяйство Украины. 2004. №7. С. 29-33.

19. Короткое В.К. Реакция рыб на трал, технология их лова. Калининград. ЭКБ АО «МАРИНПО». 1998. 397 с.

20. Кузькин В.Г. Инструкция для контроля предельных нагрузок судовых дизелей. Калининград. КТИРПХ, 1984. 82 с.

21. Кулагин В.Д., Герман Б.И., Маков Ю.Л. Практические расчеты остойчивости, непотопляемости и ходкости промысловых судов. Л. «Судостроение», 1982. 197 с.

22. Левшин Г.Ф., Васильчук Л.Н. Сдаточные испытания энергетических установок рыбопромысловых судов. М. Пищевая промышленность, 1975. 280 с.

23. Ногид Л.М. Проектирование морских судов. Л. Судостроение, 1976. 180 с.

24. Обвинцев А.Л. Правила определения ожидаемых параметров разноглубинных канатных тралов 111/786 и 118/620М на судах типа БАТМ. РД 22-002-87. Калининград. НПО по технике Промышленного рыболовства, 1987. 44 с.

25. Отчет о НИР "«Исследование взаимодействия системы судовая силовая установка траловая лебедка - трал с целью совершенствования режимов её эксплуатации». Номер Гос. Регистрации 01.8300448779. Инв. номер 02.860071503. Калининград. КТИРПХ, 1985. 135 с.

26. Отчет по комплексным эксплуатационным испытаниям большого морозильного траулера-рыбозавода «Баженовск». Проект 1288. Проектант ЦКБ «Восток» Строительный № 511. Владивосток, Николаев, 1980. 80 с.

27. Приемный акт головного большого морозильного траулера-рыбозавода «Пулковский меридиан» строительный № 501. Проект 1288. Проектант ЦКБ «Восток». Николаев, 1974. 60 с.

28. Реестр судов флота Южного бассейнового производственного рыбохозяйственного концерна «Югрыба». 233.08-002-91. Севастополь. НПО «ЮгрыбтехЦентр». 1991. 125 с.

29. Рекомендации по выбору оптимальных режимов эксплуатации СЭУ и тралового комплекса БМРТ пр. 394АМ типа «Кронштадт». 011-71 -007.Мурманск. ЦГЖТБ. 1984. 24 с.

30. Сизов В.Г. Теоретическое исследование волнового сопротивления судна. ОИИМФ, 1969. 120 с.

31. Силуков Т.Д. Установление оптимальных режимов работы пропульсивного комплекса траулеров с ВРТТТ. //Рыбное хозяйство СССР. 1980. № 8. 41 с.

32. Силуков Т.Д. Экономичность и качество эксплуатации пропульсивных установок траулеров //Рыбное хозяйство СССР.1982. № 8. С. 46

33. Силуков Т.Д. Экономичность и качество эксплуатации пропульсивных установок траулеров //Рыбное хозяйство СССР.1983. №2. С. 49.

34. Силуков Т.Д. Экономичность и качество эксплуатации пропульсивных установок траулеров //Рыбное хозяйство СССР. 1983. №4. С. 44.

35. Силуков Т.Д. Экономичность и качество эксплуатации пропульсивных установок траулеров //Рыбное хозяйство СССР. 1983. №6. С. 50.

36. Силуков Т.Д. Построение эксплуатационных диаграмм пропульсивно-тралового комплекса // Рыбное хозяйство СССР. № 9. 1984. С. 43.

37. Силуков Т.Д. Оценка пропульсивных установок с точки зрения скоростных качеств //Рыбное хозяйство СССР. 1985. № 1. С. 51.

38. Силуков Т.Д. Диагностирование элементов пропульсивного комплекса судов //Рыбное хозяйство СССР. 1986. № 9. С. 39.

39. Силуков Г.Д. Совмещенные характеристики пропульсивно-траловых комплексов //Рыбное хозяйство СССР. 1989. № 2. С. 62.

40. Силуков Г.Д., Заикин Н.И., Яшин В.А. Паспортные диаграммы гребных установок промысловых судов. М. 1978. 112 с.

41. Силуков Г. Д., Яшин В. Д. Экономичность и качество эксплуатации пропульсивно-траловых комплексов. Мурманск. 1984. 172 с.

42. Ходовые и тяговые характеристики промысловых судов. Под общей редакцией Кузьмина P.B. JI. «Судостроение», 1977.160 с.

43. Щагин В.В. Исследования и разработки по проблеме повышения эксплуатационной надёжности и экономичности судовых дизелей. Автореферат диссертации. Л. Судостроение. 1978. 33 с.

44. Розенштейн М.М. Проектирование орудий рыболовства. Калининград. КГТУ. 2003. 367 с.

45. NET SISTEMS. Каталог продукции. Bainbridge Island, WA 98110, USA, 1996. 164 c.

46. Gabriel O. Beitrag zum Verhalten von Grundcherkorpen. //Fisherei Forschung.-1973.-№ 11. S. 39-42

47. Shtengel H. Teorie und Entwerfen von Fischfanggeraten: Lehrbrierfefur das Hohschulfernstudium.-1984.-№4.-Rostock.-64 s.

48. Swiniarski J. Technologia polowu organizmow morskich.- Gdansk/-Wydawnistwo Morske.- 1993. 472 s.

49. Ziembo Z. Metoda projektowania ksztoltu wloka jako powloki elastycznej Gdynia. - Wydawnictwo Morskiego Instytutu Rybackiego.-1990. 180 s.