автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Совершенствование грузобаластных операций танкеров на основе моделирования осушения цистерн с днищевым набором

На правах рукописи

Чемодаков Андрей Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГРУЗОБАЛАСТНЫХ ОПЕРАЦИЙ ТАНКЕРОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСУШЕНИЯ ЦИСТЕРН С ДНИЩЕВЫМ НАБОРОМ

05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток - 2004

Работа выполнена в Морском государственном университете имени адмирала Г.И.Невельского.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Подволоцкий Николай Михайлович

Официальные оппоненты заслуженный деятель науки и техники,

доктор технических наук, профессор Якубовский Юрий Владимирович

кандидат технических наук, профессор Коршунов Михаил Александрович

Ведущая организация ОАО «Дальневосточный научно-

исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт морского флота», (ДНИИМФ).

Защита состоится 1 декабря 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д223.005.01 при Морском государственном университете им. адм. Г. И. Невельского (МГУ) по адресу 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая 50А, МГУ, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ им. адм. Г. И. Невельского.

Автореферат разослан 30 октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

№

3

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность проблемы. Одним из наиболее существенных показателей развития экономики является уровень потребления энергии. В энергетическом балансе развитых стран ведущее место занимает нефть и ее производные, доля которых достигает 60%. Добыча углеводородного сырья, несмотря на внедрение энергосберегающих и альтернативных технологий, оборудования, транспортных средств, продолжает увеличиваться. Значительное удаление месторождений от мест переработки и потребления, а также относительно низкая стоимость транспортировки морем обусловили интенсивное развитие морских перевозок нефти и нефтепродуктов и, как следствие, танкерного флота.

Необходимость повышения эффективности морских перевозок вызвала рост числа средне- и крупнотоннажных нефтеналивных судов. Их широкое использование выявило ряд проблем, связанных с необходимостью предотвращения загрязнения Мирового океана, обеспечением безопасности и эффективности эксплуатации.

Современные наливные суда характеризуются высоким уровнем энерговооруженности, применением новых технических решений, систем дистанционного и автоматического управления специальными системами на базе микропроцессорной техники. Ужесточение международных норм по предотвращению загрязнения моря с судов, вызванное рядом тяжелых морских катастроф, привело к необходимости оборудования танкеров цистернами изолированного балласта, системами инертного газа, системами мойки танков сырой нефтью. Как следствие, возникла необходимость в изменении технологии проведения погрузо-разгрузочных работ, разработке соответствующих технологических схем, способов и устройств управления новыми системами. Все это, в итоге, привело к увеличению строительной стоимости судов и повышению эксплуатационных расходов.

Указанные тенденции развития танкерного флота, рост объема грузоперевозок выдвигают задачу улучшения технико-экономических показателей его эксплуатации. Одним из путей ее решения является сокращение стоянки судна за счет повышения эффективности работы специальных систем, так как основной составляющей стояночного времени являются грузобалластные операции. Для этого необходимо всестороннее исследование процессов, протекающих в системах грузового комплекса с учетом всех действующих параметров, ограничений и связей.

Целью исследования является разработка математической модели и алгоритма моделирования процесса осушения цистерн с днищевым набором для совершенствования грузобалластных операций, а также разработка алгоритма моделирования грузобалластных операций танкера позволяющего учесть влияние днищевого набора.

операций необходимо следующее.

Для получения уточненной матема-

1. Выполнить аналитическое описание процессов, имеющих место при осушении цистерн с днищевым набором.

2. Разработать алгоритм моделирования процессов осушения цистерн с днищевым набором.

3. Осуществить экспериментальную проверку разработанной математической модели и алгоритма моделирования.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи применялись: теоретический анализ проблемы; численное моделирование на ЭВМ, для чего была разработана соответствующая программа; экспериментальные исследования на лабораторной установке.

Научная новизна. В результате проведенных исследований были получены:

аналитические зависимости, описывающие процессы, имеющие место при осушении цистерн с днищевым набором;

алгоритм моделирования процесса осушения цистерн с днищевым набором, определяющий последовательность и организацию расчетов;

информационное обеспечение процесса моделирования, описывающее параметры и величины, необходимые для его реализации;

- уточненный алгоритм моделирования грузобалластных операций танкера, состоящий из процедур слива и приема груза и балласта по заданной технологии для случаев раздельной и совместной работы грузовой и балластной систем с учетом ограничений по прочности и остойчивости судна, кавитацион-ных явлений, прохвата воздуха и влияния днищевого набора.

Практическая ценность. Полученное автором решение задачи моделирования грузобалластных операций с учетом днищевого набора позволяет повысить эффективность проектирования и эксплуатации наливных судов за счет совершенствования процессов грузообработки, средств управления и методов расчета используемого оборудования.

Разработанные модели могут быть использованы:

- при исследовании процессов, протекающих в специальных системах во время выполнении грузобалластных операций;

- для расчета систем грузового комплекса, оценки и проверки принимаемых решений при проектировании танкеров;

- при решении вопросов автоматического управления специальными системами танкеров;

- как теоретическая основа для разработки программного обеспечения тренажеров грузобалластных операций танкера;

- для выполнения прогнозных расчетов с целью оценки предполагаемого характера изменения рабочих параметров во время проведения грузообра-ботки или транспортировки;

при разработке систем автоматизированного проектирования трубопроводов для вариантных оптимизирующих расчетов;

- в учебном процессе как база для проведения лабораторных и практических работ с использованием ЭВМ.

Реализация результатов диссертационного исследования. На основании полученных модели и алгоритма моделирования осушения цистерн с днищевым набором, разработана программа для ЭВМ, моделирующая грузобалла-стные операции с учетом влияния днищевого набора. Выполнены вариантные расчеты для оценки влияния днищевого набора на время осушения судовых цистерн.

. Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 статьях, использованы Б 5 отчетах о научно-исследовательских работах.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

- межотраслевых научно-исследовательских конференциях по проблемам эксплуатации, ремонта и проектирования специальных систем танкеров (г. Владивосток, 1982-1991 г.);

- ежегодных международных научно-производственных конференциях «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (г. Владивосток, 1998 — 2002 г.);

- ежегодных семинарах секции «Судовые системы» Приморского краевого правления НТО имени академика А. Н. Крылова (г. Владивосток, 1984 -2001 г.);

- технических совещаниях в ЦКБ «Изумруд» (г. Херсон, 1983 - 1990 г.), ЦНИИ «Аврора» (г. Санкт-Петербург, 1990 г.), на заседаниях кафедры ЭАСЭУ Морского государственного университета имени адм. Г. И. Невельского (г. Владивосток, 1982-2003 г.).

Результаты исследований использовались при выполнении научно-исследовательских работ с ЦКБ «Изумруд» (1983 -1990 г.), ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова (1986), в учебном процессе при проведении практических работ и дипломном проектировании.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

Во введении показана актуальность задачи повышения эффективности эксплуатации наливных судов. Отмечено, что в нашей стране решению вопросов повышения эффективности танкерного флота и грузовых операций, разработке и применению нового оборудования и технологий, автоматизации и программному управлению процессами посвящены работы таких специалистов, как Бибиков Ю.Г., Бобровский С.А., Епифанов Б.С., Иванов Л.П., Костылев И.И., Кутыркин В.А., Логачев СИ., Макаров В.Г., Ситченко Л.С., Нунупаров СМ., Плявин Н.И, Певзнер Б.М., Подволоцкий Н.М., Родионов Н.Н., Рабей

ИЛ, Сизов Г.Н., Сыромятников В.Ф., Петров В.П., Фомин А.П., Чиняев И.А., Шамшин В.М., Ширяев В.П. и другие. Определены границы и внутренняя структура исследуемого процесса. Обоснована целесообразность применения метода математического моделирования для исследования процесса грузобал-ластных операций танкеров. Изложены задачи, решаемые в диссертации.

В первой главе рассмотрены: конструкция специальных систем танкера, их режимы работы, технологические процедуры, имеющие место при проведении грузобалластных операций, принятые для моделирования. Приведено аналитическое описание элементов рассмотренных систем, процессов перемещения жидкости между судовыми и береговыми цистернами.

При сливе груза, жидкость из цистерн по индивидуальным отросткам магистралей поступает в узловые точки А, С, Д, (рис. 1). При этом количество жидкости от узла к узлу скачкообразно возрастает на суммарную величину расхода из предыдущих цистерн. Затем груз по общему участку всасывающей магистрали через грузовой насос, общий участок нагнетательной магистрали, береговую магистраль поступает в береговой резервуар.

Характеристика разветвленной трубопроводной магистрали (рис. 2) с помощью определенных преобразования может быть представлена в виде характеристики эквивалентной ей простой магистрали, что облегчает реализацию расчетов на ЭВМ. В этом случае, производительность насоса при сливе груза определится из совместного решения уравнений, описывающих характеристики насоса и простой магистрали:

где аго_ аг2 - коэффициенты аппроксимации характеристики насоса «напор -производительность»;

0гС- производительность грузовой системы;

Ргн> Ргв - давление в емкостях на нагнетании и всасывании грузового насоса соответственно;

- плотность груза; g — ускорение свободного падения;

На,, - отметка уровня в емкости на нагнетании грузового насоса относительно плоскости сравнения;

Нгеэт - эквивалентный уровень в цистернах на всасывании грузового насоса;

- эквивалентное обобщенное сопротивление грузовой магистрали.

В левой части равенства (1) представлена в аналитическом виде напорная характеристика грузового насоса. В правой - характеристика гидравлической простой магистрали, эквивалентной рассматриваемой разветвленной, на которую работает насос.

, Эквивалентное обобщенное сопротивление простой разветвленной системы (рис. 2), может быть определено по уравнению

Рис. 1. Принципиальная схема грузовой магистрали при сливе груза: 1 -5 - номера цистерн; ЛБ - левый борт; ПБ - правый борг, В - ва-куумирующая приставка; А, С, Б - узловые точки

Рис. 2. Графическая схема разветвленной системы: Н - напор в вершине; Р - давление в вершине; Q - производительность; к =(1 -п) - номера участков системы; к - нагнетание; в - всасывание

где Я0 - обобщенное сопротивление участка трубопровода, за точкой соединения (разделения) расходов; к - номер участка трубопровода; п - число участков трубопровода;

X,-

1

Щк

- обобщенное сопротивление к-го участка трубопровода Эквивалентный уровень в грузовых цистернах на всасывании насоса будет равен

(3)

где - уровень в грузовой цистерне, связанной с к-ым участком.

Реальная грузовая система танкера представляет собой значительно более сложную трубопроводную сеть. Однако она может рассматриваться как комбинация разветвленных трубопроводных магистралей, что позволяет для расчетов использовать уравнения (2), (3).

Обобщенный коэффициент сопротивления для любого рассматриваемого участка трубопровода может быть определен по уравнениям гидродинамики:

Я

)- 1

>1X0)

(4)

где ££ - суммарный коэффициент местных сопротивлений участка трубопро->■1

вода;

т - число местных сопротивлений на участке трубопровода; Я - коэффициент сопротивления по длине участка трубопровода;

- длина участка; <И — диаметр участка трубопровода; со - площадь сечения трубопровода.

Производительность грузовой системы может быть определена следующим образом

где

Одним из возможных режимов использования насосов является их параллельная работа на общий береговой трубопровод. Процесс перемещения жидкости в этом случае может быть описан системой уравнений

«о, +*„&. =нст{ +....+а,)2

«о2+«,,&,=л«,+д2&23+лв(ес1 +....+а,)2

(6)

где р- число насосов, работающих параллельно;

Р -Р

■ —--+Нн-Нв ±3,с1 - статическая составляющая потерь напора;

Рё

Нн = Нр+Н0+Т, - '

н, - Нгезк, +

Нр- уровень в береговом резервуаре;

Н0 - возвышение берегового резервуара над уровнем воды;

- ЬлЬ.- доля дифферента, характеризующая изменение уровня жидкости

в грузовой цистерне по отношению к насосу;

/, - расстояние от центра тяжести разгружаемой цистерны (или группы цистерн) до миделя судна;

1„ - расстояние от рабочего колеса насоса до миделя судна;

Ь- длина судна между перпендикулярами;

Л/ ... Яр — обобщенный коэффициент сопротивления системы, обслуживаемой насосом, от приемника до ближайшей общей для насосов точки магистрали;

- обобщенный коэффициент сопротивления берегового трубопровода.

В левой части системы алгебраических равенств представлена в аналитической форме кривая «напор - производительность» насоса, а в правой — характеристика гидравлической системы, на которую работает рассматриваемый насос. Второй индекс у переменных обозначает порядковый номер магистрали системы.

По известной производительности грузовой системы можно определить мощность, потребляемую приводом грузового насоса:

Nt = e,o + вг, Qx + в.гО2гс , (7)

где - коэффициенты аппроксимации характеристики грузового

насоса «потребляемая мощность - производительность». Математическая модель балластной системы в случае перекачки балласта насосом может быть представлена вышеприведенными уравнениями. При перемещении балласта самотеком (за счет разности уровней жидкости в балластных цистернах и за бортом) изменится уравнение (1). В этом случае оно будет иметь вид

откуда

(8)

(9)

где Р& Н^ — давление и уровень в осушаемой емкости;

- плотность жидкости (балласта);

- эквивалентное обобщенное сопротивление балластной магистрали; ' - производительность балластной системы;

- давление в заполняемой балластной емкости;

- уровень в заполняемой цистерне. При сливе балласта эти параметры равны

Рб= Р/ - давлению в балластных цистернах;

Р„= Ра - атмосферному давлению;

Нв = Нбжв - эквивалентному уровню в балластных цистернах;

Н„=Т — текущему значению осадки судна. При приеме балласта:

Р„—Ра - атмосферному давлению;

Ря = Р/ - давлению в балластных цистернах;

Нв = Т - текущему значению осадки судна;

Н„= Ндэкв - эквивалентному уровню в балластных цистернах.

При проведении грузобалластных операций, на работу грузовой и балластной систем оказывает влияние ряд ограничений. Их можно условно разделить на «внешние» и «внутренние». «Внешние» ограничения определяются условиями эксплуатации наливного судна. К ним могут быть отнесены ограничения по остойчивости судна и прочности его корпуса. Влияние «внутренних» ограничений обусловлено конструктивными особенностями специальных систем и корпуса танкера. Из них можно выделить кавитационные явления, прохват воздуха в приемный трубопровод насоса и перетекание жидкости через сложный днищевой набор на этапе зачистки цистерн.

Ограничение по перетеканию жидкости через днищевой набор состоит в том, при снижении уровня до высот днищевого набора, весь объем жидкости «разбивается» на ячейки, образованные элементами этого набора. Они начинают препятствовать подтеканию жидкости к приемному устройству системы. В результате ячейка с приемным устройством осушается быстрее других, что

приводит к срыву работы насоса. Для уменьшения остатка жидкости в цистерне, производительность осушения должна соответствовать «производительности» подтекания жидкости в ячейку с приемным устройством через отверстия в элементах днищевого набора.

Вторая глава посвящена разработке математической модели процесса подтекания жидкости к приемному устройству системы через балки днищевого набора. Проанализированы конструкции днищевого набора существующих танкеров, приняты допущения и ограничения для разрабатываемой модели. Выполнено аналитическое описание процессов, имеющих место при движении жидкости к приемному устройству через элементы набора, на основании чего получена математическая модель процесса осушения цистерн с набором

В общем случае в ячейке сложного днищевого набора возможно перетекание жидкости через все четыре граничные стороны (рис. 3). При этом, в зависимости от соотношения уровней в рассматриваемой и смежной ячейках, может иметь место, как поступ тение, так и вытекание жидкости из ячейки.

Очевидно, что скорость изменения уровня в ячейке сложного днищевого набора зависит не только от производительности перетекания через граничные стороны, но также и от производительности насоса, если в рассматриваемой ячейке установлен приемник системы. В противном случае производительность насоса приравнивается нулю, т.е. в расчетах не учитывается.

Рис. 3. Перетекание жидкости через днищевой набор: от, и — координаты ячеек набора

Уравнение, описывающее скорость изменения уровня в ячейке, в общем случае может быть записано в виде

где Итп - текущий уровень в рассматриваемой ячейке; / - время;

т,п - координаты ячейки в некоторой системе координат; ./„и, - площадь ячейки;

1тп - линейный размер ячейки по координате т; (р - дифферент судна в градусах; ц - коэффициент расхода;

- зависимость площади перетекания от высоты поперечной связи;

- зависимость площади перетекания от высоты продольной связи; Знак «—» ставится, если жидкость вытекает из ячейки через рассматриваемую стенку. В противном случае ставится знак «+».

Коэффициент расхода может быть описан выражением

Яе + 0,125 Яе 2 , (И)

48 +16Яе + 0,13 Яе 1

Дже =4рэм — эквивалентный диаметр отверстия;

Ржа - гидравлический радиус отверстия;

V - коэффициент кинематической вязкости;

АН - разность уровней в смежных ячейках.

Из уравнения (10) следует, что скорость падения уровня в любой ячейке складывается из:

скорости падения уровня от производительности насоса, если в рассматриваемой ячейке находится приемник системы;

скоростей изменения уровня от перетекания через элементы набора, образующих ячейку (см. рис.3).

Для разработки алгоритма моделирования было проанализировано конструктивное исполнения днищевого набора грузовых и балластных цистерн современных танкеров. На основании анализа был принят наиболее распространенный вариант исполнения днищевого набора, элементы которого формируют следующие ячейки - группу больших, образованных пересечением высоких продольных и поперечных балок (стрингеры и флоры) и группу малых, образованных пересечением продольных и поперечных ребер жесткости. Все балки, как продольные, так и поперечные, проницаемые. При этом большие ячейки могут быть двух типов - ячейки первого вида больше ячеек второго вида, отличающихся размерами.

Малые ячейки, которые находятся в больших ячейках первого вида, также отличаются от малых ячеек, расположенных в больших ячейках второго вида. Количество их также может различаться (рис. 4).

Для организации алгоритма расчета перетекания жидкости через сложный днищевой набор положение каждой ячейки должно быть зафиксировано в принятой системе координат (рис. 4.), где пкг количество больших ячеек по вертикали (по оси и); т^г количество больших ячеек первого вида по горизонтали (по оси т); тК2г количество больших ячеек второго вида по горизонтали; Пц - количество малых ячеек в одной большой по вертикали; тщ - количество малых ячеек в одной большой ячейке первого вида по горизонтали; - количество малых ячеек в одной большой ячейке второго вида по горизонтали. Этого вполне достаточно, чтобы определить положение любой из рассматриваемых ячеек.

Кроме этого, при моделировании перетекания жидкости необходимо для каждой балки (продольной и поперечной) определить распределение суммарной площади отверстий для перетекания по ее высоте.

Процесс осушения емкости может быть условно разделен на три этапа.

Первый этап. Слив жидкости из цистерны, которая представляет собой единое целое - днищевой набор полностью скрыт под уровнем жидкости. Скорость падения уровня определяется производительностью и временем работы насоса. Всем переменным присваивается индекс 1.

Второй этап. Слив жидкости из цистерны, которая уже разбита на ряд больших ячеек, образованных рамными (высокими) продольными и поперечными балками, днищевой набор частично вышел из жидкости, в каждой ячейке свой уровень. Скорость падения уровней в этом случае определяется не только производительностью и временем работы насоса, но также и производительностью перетекания жидкости через граничные стороны ячейки. Всем переменным присваивается индекс 2.

Третий этап. Слив жидкости из цистерны, которая уже разбита на ряд больших ячеек, образованных высокими продольными и поперечными элементами набора; кроме этого, некоторые большие ячейки разбиты на ряд маленьких ячеек. В каждой ячейке свой уровень. Скорость падения уровня в любой из рассматриваемых ячеек определяется так же, как на втором этапе. Всем переменным, характеризующим перетекание жидкости в малых ячейках, присваивается индекс 3.

п

с

0 т!31 яШ. тк22

тк21

Рис. 4. Схема разбивки цистерны на ячейки: т, п- координаты ячеек набора

Процесс моделирования перетекания жидкости через сложный днищевой набор (для этапов 2 и 3) будет выполняться в следующей последовательности.

1). Для некоторого момента времени / фиксируется значение уровней в больших ячейках набора Ь2=к2{().

2). Фиксируется некоторая большая ячейка с координатами (т2,п2).

3). Последовательно берутся все соседние с ней ячейки с координатами (т2-1,п2), (т2+1,П2), {т2,п2+\)у (т2,п2-\), анализируется процесс перетекания жидкости через граничные стороны в ячейку (т2, п2) и определяется значение

скорости падения уровня в ячейке = по уравнению (10).

4). Определяется текущее значение уровня жидкости в ячейке АД/яг, п2) для времени I =(/ + А;) методом последовательных приближений - улучшенным методом Эйлера с пересчетом:

где it - число итераций.

В том случае, если it — 0, делается допущение, что в течение всего интервала времени At производительность насоса и производительность перетекания жидкости не изменяются. Очевидно, что Д* должно быть минимальным.

5). Задается новое значение времени t = t + At и весь процесс вычислений повторяется.

Подобные вычисления выполняются для каждой из больших ячеек набора. Аналогично моделируется процесс перетекания для малых ячеек.

Алгоритм моделирования осушения цистерны с днищевым набором состоит из основной части и пяти отдельных процедур -

(рис. 5 и 6). В основной части моделируется осушение цистерны до момента «распада» объема жидкости на ячейки, определяется момент «распада», определяется тип ячеек, формируются их номера, задаются начальные значения уровней в ячейках, организуется процесс моделирования, анализируются условия окончания моделирования.

Моделирование может быть прекращено при выполнении одного из следующих условий:

- уровни в ячейках с приемными устройствами достигли заданного значения;

- объем жидкости в цистерне достиг заданного значения;

- время моделирования достигло заданного предельного значения.

Процедура STEP используется для вычисления уровней жидкости в ячейках и количества жидкости в цистерне. В процедуре FH определяется скорость падения уровня в ячейках, в Q - производительность перетекания жидкости через отверстия, в - скорость падения уровня в ячейке с приемным устройством, вызванного работой насоса. Процедура INT служит для организации процесса вычислений.

Также рассмотрены необходимые исходные данные, внутренние переменные, выходные данные, представляющие информационное обеспечение процесса моделирования.

В третьей главе представлен алгоритм уточненной математической модели грузобалластных операций танкера, учитывающей влияние днищевого набора на процесс разгруки цистерн.

Алгоритм позволяет моделировать работу грузовой и балластной систем при сливе груза насосами, приеме груза, сливе и приеме балласта, как насосами, так и самотеком. При этом также рассчитываются и контролируются параметры посадки и остойчивости судна, параметры прочности корпуса, контролируется возможность возникновения кавитационных явлений в насосах и прохвата воздуха во всасывающий трубопровод.

Процесс моделирования выполняется в следующей последовательности. Задаются начальные условия и константы. Затем рассчитываются и проверяются параметры посадки и остойчивости судна, параметры, характеризующие прочность корпуса. Затем задается номер рассматриваемой магистрали, определяются гидравлические сопротивления участков рассматриваемой магистрали, эквивалентные сопротивления и уровни. После этого выполняется рас-

Рис. 5. Блок-схема алгоритма моделирования процесса осушения цистерны с днищевым набором

Рис. 6. Блок-схема алгоритма моделирования процесса осушения цистерны с днищевым набором (продолжение)

чет подачи (производительности) по магистрали и определяется мощность, потребляемая приводом насоса. Далее рассчитываются подача по участкам магистрали и изменение уровней в обрабатываемых цистернах. Если при осушении цистерн, имеющих днищевой набор, уровень достиг высоты элементов днищевого набора, в дальнейшем для этих цистерн будет выполняться мо-

Рис. 7. Изменение уровня в ячейках цистерны при модельном эксперименте: 1-8-номера ячеек

делирование перетекания жидкости через днищевой набор к приемному устройству. Затем проверяются признаки окончания моделирования. В случае отсутствия таких признаков процесс моделирования повторяется. При наличии хотя бы одного признака окончания моделирования вычисления прекращаются.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальной проверки достоверности и точности разработанной модели. Для этого был проведен эксперимент на установке, которая представляет собой копию нижней части центральной цистерны №3 танкера "Великий Октябрь" в масштабе 1:10. Произведено сравнение данных (времени осушения ячейки с приемным устройством, уровней в ячейках набора и объема жидкости в цистерне в момент полного осушения ячейки с приемным устройством), полученных при моделировании процесса осушения цистерн с набором на ЭВМ, и результатов модельного эксперимента. По результатам эксперимента построены графики изменения уровней в ячейках набора во времени (рис. 7). Аналогичные графики построены по результатам расчета на ЭВМ (рис. 8).

*220 в 200

0

\ш

1 /во I

140 120 100 80 60 40

20 О 20 40 60 ВО 100 120 140 160

время, /, с

Рис. 8. Изменение уровня в ячейках цистерны при численном моделировании: 1-8 - номера ячеек

Сопоставление данных модельного эксперимента и численного моделирования позволило сделать следующие выводы:

а) характер изменения уровней в ячейках набора при численном моделировании и модельном эксперименте подобен;

б) продолжительность процесса разгрузки цистерны (до момента полного осушения ячейки с приемным устройством) при моделировании и при эксперименте одинакова;

в) относительная погрешность по остатку жидкости в цистерне после осушения ячейки, где установлен приемник насоса, равна 9,7%.

В приложении приведены данные по конструктивному исполнению днищевого набора грузовых и балластных цистерн танкеров типа «Самотлор», «Победа», «Интернаци энал», «Крым».

В заключении приведены основные результаты диссертационного исследования:

1. На основании проведенного анализа конструкций грузовых и балластных цистерн, используемых технологических схем грузобалластных операций, процессов, протекающих при их проведении, разработана математическая модель процесса осушения цистерн с днищевым набором. Данная модель позволяет оценить влияние днищевых элементов набора корпуса на подтекание

жидкости к приемным устройствам системы и, как следствие, на время осушения

2. На основании полученной модели разработан алгоритм реализации ее на ЭВМ. Алгоритм позволяет учесть при моделировании влияние на процесс осушения основных конструктивных и технологических особенностей и факторов, а именно:

- наличие в цистернах ячеек разного размера, обусловленного различием по высоте балок набора;

- наличие одного или двух приемных устройства в цистернах;

- различие суммарных площадей отверстий для перетекания жидкости в элементах набора;

- вязкость перекачиваемой жидкости;

- дифферент судна.

3. Рассмотрено необходимое информационное обеспечение процесса моделирования, описывающее параметры, необходимые для его реализации.

4. Разработан уточненный алгоритм моделирования работы специальных систем, учитывающий влияние днищевого набора и позволяющий оценить соответствующее изменение продолжительности грузобалластных операций.

5. Разработана компьютерная программа для моделирования работы специальных систем танкера.

6. Проведена проверка погрешности моделирования с помощью модельного эксперимента на лабораторной установке и моделирования процесса осушения на ЭВМ. Сравнение результатов показало: модель адекватна реальным процессам, точность расчетов удовлетворяет требованиям нормативной документации.

7. Выполнены вариантные расчеты, позволяющие оценить степень влияния таких факторов, как суммарные площади отверстий для перетекания, количество приемных устройств в цистерне, дифферента и вязкости на время осушения цистерны с днищевым набором и, следовательно, на продолжительность грузовых и балластных операций.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Макаренко А. В., Чемодаков А. Л. Анализ путей сокращения времени зачистки цистерн с набором. - В кн.: Проблемы эксплуатации, проектирования и моделирования работы специальных систем танкеров: Тез. докл. меж-отрасл. науч.-техн. конф., Владивосток, 1985.

2. Макаренко А. В., Чемодаков А. Л. Способ управления насосной установкой танкера. - В кн.: Проблемы эксплуатации, проектирования и моделирования работы специальных систем танкеров: Тез. докл. межотрасл. науч.-техн. конф., Владивосток, 1985.

3. Подволоцкий Н. М., Бондарь С. И., Чемодаков А. Л. Анализ влияния параметров грузового комплекса на эффективность грузобалластных операций. - В кн.: Проблемы эксплуатации и проектирования специальных систем танкеров: Тез. докл. межотрасл. науч.-техн. конф., Владивосток, 1991.

4. Подволоцкий Н. М., Чемодаков А. Л., Оценка эффективности гру-зобалластных операций с использованием моделирования. - В кн.: Проблемы

транспорта Дальнего Востока: Дальневост. науч. - практич. конф., Владивосток, 1995.

5. Чемодаков А. Л., Использование грузовых и балластных систем для зачистки осушаемых цистерн. - В кн.: Проблемы развития морского транспорта на Дальнем Востоке: Тез. докл. науч. -техн. конф., Владивосток, 1997.

6. Подволоцкий Н. М., Чемодаков А. Л., Алгоритмы управления специальными системами танкеров. - В кн.: Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы четвертой межд. науч. - практич. конф., Владивосток: ДВО Российской Академии транспорта, 2001.

7. ПОДВОЛОЦКИИ Н. М., Чемодаков А. Л., Уточненная математическая модель разветвленной трубопроводной системы. - В кн.: Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы четвертой межд. науч. - практич. конф., Владивосток: ДВО Российской Академии транспорта, 2001.

8. А. с. 1267054 (СССР). Способ перекачивания жидкости из группы цистерн/ Подволоцкий Н.М., Макаренко А. В., Смыков А. В., Чемодаков А. Л., Ширяев В. П. - Опубл. в Б. И., 1986, № 40.

9. А. с. 12811752 (СССР). Способ управления насосной установкой/ Подволоцкий Н.М., Макаренко А. В., Чемодаков А. Л. - Опубл. в Б. И., 1987, №1.

10. Исследование путей повышения эффективности систем грузового комплекса танкеров: Отчет/ Дальневост. высш. инж. мор. училище; Руководитель работы Подволоцкий Н. М., исполнители: Варкулевич В.К., Гонтарев В.Ю., Кобелев СМ., Коршунов М.А., Чемодаков А.Л., Ширяев В.П. - ХДТ 14/84; № г.р. 0184002093. -Владивосток, 1984.

11. Разработка технического проекта системы математического моделирования судовых трубопроводных систем в САПР-Т: Отчет/ Дальневост. высш. инж. мор. училище; Руководитель работы Подволоцкий Н. М., исполнители: Бондарь СИ., Сидоренко B.C., Стрельников Н.В., Чемодаков А.Л., Ширяев В.П.-ХДТ 15/85; № г.р. 01860000183. -Владивосток, 1985.

12. Разработка программного обеспечения по анализу эксплуатационных режимов работы при моделировании специальных систем танкеров: Отчет/ Дальневост. высш. инж. мор. училище; Руководитель работы Подволоцкий Н. М. исполнители: Бондарь СИ., Гонтарев В.Ю., Сидоренко B.C., Стрельников Н.В., Чемодаков А.Л., Ширяев В.П, Юричев О .А. - ХДТ 14/85; № г.р. 01850034765.-Владивосток, 1986.

13. Разработка алгоритмов управления и информационного обеспечения бортового вычислительного комплекса по управлению грузовым комплексом танкера: Отчет/ Дапьневост. высш. инж. мор. училище; Руководитель работы Подволоцкий Н. М, отв. исполнитель Чемодаков А.Л., - ХДТ 2-5/87-88; № г.р. 01870053323.-Владивосток, 1988.

14. Анализ конструкции и параметров систем грузового комплекса танкеров: Отчет/ Дальневост. гос. мор. академия; Руководитель работы Подволоц-кий Н. М., исполнители: Бондарь СИ., Чемодаков А.Л. - ГБТ 6/89; № г.р. 01890072507.-Владивосток, 1991.

Чемодаков Андрей Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГРУЗОБАЛАСТНЫХ ОПЕРАЦИЙ ТАНКЕРОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСУШЕНИЯ ЦИСТЕРН С ДНИЩЕВЫМ НАБОРОМ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

_технических наук_

Усл.п.л. 1,8 Формат 60x84/16

Тираж 100._Заказ_

/К?

Отпечатано в типографии ИПК МГУ 690059, Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50А

Р2140 3

РНБ Русский фонд

2GG5-4 18615