автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Ускорение судопропуска и увеличение пропускной способности шлюзов за счет применения поперечного перемещения судов в подходах

санкт-петербургский государственный технический

Р Г Б ОД университет

На празах рукописи

ЮДИН Николай Кириллович

УДК: 629.122: 626.4

УСЮРЕНИС СУДШРОПУСКА И УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСШЙ СПОСОБНОСТИ ЮШ203 2А СЧЁ1 ПРИМЕНЕНИЯ ПОПЕРЕЧЮГО ПЕРЕЦЕНИВ СУДОВ 3

ПОДХОДАХ

Специальность 05.23.07 "Гидротехническое и иелиорагиьное строительство"

Автореферат

диссертации на сои с каше ученой степени кандидата технических, наук

С-Петербург 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете водных комиувикаций.

Научный руководитель: член-норреспондент Академик Транспорта России, профессор В.В.Баланин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, член-корре-

спокдент Российской Академии Наук, профессор Б.В.Балаиов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Д.А.Зернов

Ведущее предприятие - Специализированное Конструкторское

Бюро "Ленгидросталь"

Зациа состоится » //" отф 1954 г. в час.

в ауд. 4/{ПГК\ш заседаш:и специализированного совета Д 063-38-29 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкх-Петербургской Государственном Техническом Университете ( 155251, С-Петербург, ул .Политехническая, д.29).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета,

Автореферат разослан "_" С&Н-Т 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063-38-19 , кандидат технических наук

Б.К.Морозов

СБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. 1С настоящему времени пропускная способность ряда шлюзованных участков водных пугей Единой Глубоководной Системы Европейской части России уже перекрыла установленные, проектные величины, либо приближается к этому значению.

Особенно сильно это проявляется на шлюзованных участках Вод-го-Балтийского водного пути. Объём перевозок здесь рос постоянно с моценга введения системы в эксплуатации и уже в 1978 году превысил установленную в проекте величину пропускной способности канала 15,4 млн.т. В последние года! навигационный грузопоток установился несколько выие 20 млн.т. и не смотря на общее снижение объёыа перевозок в стране, сократился несущественно (до 10 %).

Иногие илюзы загружены по пропускав кому тоннажу на 70 - 75 % их полкой пропускной способности, т.е. загрузка этих шлюзов приближается к пределу их экономически рационального использования.

Как известно, расчетный судком для ЕБЩ был грузовой теплоход типа "Болго-Балт" проекта I- 2-95А грузоподъёмностью 2700 т,теперь ке канал пропускает суда типа "Вслго-Док" проектоз 155 5 и 507А(Б) и "Болго-Нефть" проектов 558 н 550 гру,зоподъё гаостьо 5СС0 т, причем их доля постоянно растет. Процесс^средней грузоподъёмности используемых судов, очевидно, будег продолжаться, поскольку широкое применение крупноюянакных судов и большегрузных ооставоз обеспечивает увеличение пропускной способности рек и каналов приблизительно на 20 - 30 %, позволяет уменьшить транспортные расходы на 2025 % и увеличить производительность труда в 1,5 - 3 раза.

Растет также количество негрузового, главным образом, пассажирского флота. Объём транзитных пассанкрских перевозок удваивается каждые 8 - 10 лет.

В настоящее время рассматривается вопрос о транзитном пропуске грузового и пассажирского флота иностранных государств через водные пути Волго-Балта и Волжского бассейна, чю приведет к существенному уве.-хчанЕв грузо- и судопотока.

Хорошо известно, что при загруне нн ости системы близкой к предельной, непроизводительные простои в ожидании шлюзования возрастает быстрее, чем растет загруженность.

Пропускная способность Волго-Балтийского водного пути уже в настоящее время шнет сдергивать развитие перевозок не только на Зегерс-Западе но и на всей Европейской части страны.

Одним из путей для преодоления указанных трудностей судопро-пуска и увзличения грузопропускной способности илезованных систем может быть выполнение капитальных работ на трассе канала. С этой целью может быть предложено, во-первых, улучшение судоходных условий на затруднительных участках.

Более радикальным решением является строительство дополнительных ниток шлюзов на всей трассе пути С-Пе1ербург - Ростов-на-Дону. Следует отметить, что на такое строительство потребуются огромные капиталовложения (до 1,5 ылрд.руЗ для ББН1, до 2 млрд.руб -для системы Волкских шлюзов в ценах 1982 года).

В современных условиях процесс входа составов и 1фупнотоннаж-ных судов в шлюзы и выход их из средне- и низконапорных шлюзов составляет 60 % и более от общего времени шлюзования. Эю обусловлено принятой у нас схемой движения судов в подходных каналах,предусматривающей необходимость смещения выходящего судна с оси какерн шлюза на параллельную ось, обеспечивающую безопасное расхояде-ние с ожидающий шлюзования судном или составом.

Большое расстояние от шлюза (до 1000 и), на котором расположено ожидающее шлюзования судно, а также шлая скорость выходящего судна и приводят к значительному расходу времени на вход-шход судов.

Эти затруднения могут быть сняты, а время, необходимое для входа, значительно сокращено, если разместить ожидающее шлюзования судно сразу за криволинейной палой. При этой,однако, возникает сложность с обеспечением перемещения этого судна в поперечном направлении до оси шлюза. Это затруднение предлагается преодолеть с помощью нового элемента оборудования шлюза - причально-наводочного устройства (ПНУ).

Применение ПНУ приводит такие к явному повышению безопасности плавания судов на весьма затруднительном участке - непосредственно при входе в камеру шлюза и при расхождении судов в сильно ог раниченном подходном канале.

При реализации использования ПНУ возникает ряд существенных вопросов, без разрешения которых осуществление подобного проекта представляется затруднительным, а ожидаемый эффект ненадежным.

К числу этих вопросов относится прежде всего:

создание достаточно адекватной математической модели взаимодействия сисге.ш "судно-канал-ПНУ" при плоско-параллельном движении судна с помощью ПНУ и реализация этой модели в практическом

)асче 1е;

расчет режимов работы ПНУ на основании этого реиения с полу-¡ениец основных параметров для оценки эффективности применения ПНУ • времени перемещения судна для экономически целесообразной двику-¡ей силы а также усилий в направлявших штангах для обоснованного гадхода в проектировании;

определение расчетных усилий в конструктивных элементах ПНУ, озникающих при наполнении или опорожнении камеры илвза и при рас-ондении судов в подходе;

экспериментальные исследования системы ПНУ для проверки адек-атности разработанной натеиатической модели и для непосредствен-ого определения некоторых параметров в случае невозможности обос-ое&нного теоретического реаения;

обоснование и разработка оптимальных режимов работы ПНУ для еремещения судов.

В диссертации представлены возможные пути и результаты репе-кя этих и некоторых дополнительных вопросов, представляющихся ктуальныии в настояцее вреия.

Научная новизна.

1. Создана !.агекаткческая модель криволинейного двинения су-на, жестко связанного с парнирно-сочлененянц. параллелограммом, одель зачитывает влияние всех основных групп сил, действуодих на адводнул и подводнул части судна при неустановившееся дшжении.

2. Получено теоретическое реиение данной «одели с определенен параметров движения судна - времени и скорости - и усилий, ззникзадюв в конструктивных элементах ПНУ в процессе перемещения уд на.

3. Получено теоретическое репейке задачи перемещения судна згой некоторой береговой двмущей силой.

4. Установлено влияние различных факторов на процесс переие-:ния судка с помощи ПНУ: регима работы и величины упора двкяуще-I'левого комплекса (ДРН) судка; степени стеснения фарватера; велишь: и распределения ветровой нагрузки; разкерений и степени заг-|гзки расчетного судна; геометрических размеров ПНУ и др.

5. Получены зависимости для определения вреиени перемещения гдна от причала до оси штза, скорости, которуп имеет судно на

¡и нлпза, усилий в конструктивных элементах для разных типов ПНУ.

6. Предложена методика расчета ПНУ и оценю», эффективности его пленения.

Практическая ценность. Результаты работы представляют практический интерес для проектных и линейнах организаций Департамента Речного Транспорта.

Апробация работы. Некоторые результаты исследований по теме докладывались автором на хху1 научно-технической конференции молодых научных сотрудников ЛЙВГа (в 1991 г.),на 45 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава <2 доклада в 1992 г), на-заседаниях кафедры Г1СиК 1ЙВ1А, HIC ВБВП.

Содержание работы отражено в 3 печатных работах автора.

Структура и объём работы . Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения,списка использованной литературы (45 наименований). Общий объём диссертации 174 страницы, в том числе: 57 рисунков, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

В первой г л £> в е изложен анализ современного состояния вопроса о привэнекии поперечного перемещения судов с целью ускорения судопропуска.

Проведен анализ известных технических решений, позволяющих осуществить поперечное перемещение судна.

С принципиальной точки зрения, перемещение судна возможно осуществить различными способами.

Существуют авторсние свидетельства В.В.Баланина, К.И.Безюкова, М.А.Колосова, В.А.Виноградова, патента ФРГ, Франции в которых предлагается перемещение судна от причала до оси шлюза лагом некоторой береговой движущей силок. В качестве механического привода предлагаются системы гидроцилиндроз, зубчатых или канатных передач и пр.

Более рациональным представляются предложения использовать в качестве ПНУ шарнирно-сочлененный параллелограмм, обеспечивающий плоско-параллельное движение судна в плане(А.С.966143 от 15.6.8

Дальнейшим развитием данного способа перемещения является предложение использовать в качестве движущей силы ДРК самого перемещаемого судна (A.C.II7I586 от 8.4.IS85 г).

Известны теоретические и экспериментальные исследования по использованию гидравлических и гидропневмахиче оких эффектов для перемещения судов в подходах и для их заводки в узкие пролеты мостов. (ВНИИГ ии.Б.Е.Веденеева, Лаборатория гидравлических исследований Лат у - Франция).

Известные способы перемещения судов в подходных каналах шлюзов можно условно разделить на три группы: первая - перемещение с использованием гидравлических или гидравлико-пневматических эффектов, когда судно не имеет какой либо жесткой связи с причалом; вторая - перемещение судна посредством, различных механизмов, установленных на причале (талкасщих, тянущих устройств и пр.); гра-тья - использование схемы шарнирно-сочленеиного параллелограмма, обеспечивающей перемещение судна в плане под действием собственного ДРК. (Рис.1)

Оптимальным из рассмотренных как для строительства, так и для эксплуатации представляется третий способ. В диссертационной работе, после обоснования этого вывода, рассматриваются, в основном, проблемы связанные с осуществлением данного способа.

Во второй части главы I проводится обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных изученио перемещения судов.

В мировой практике, по нашим сведениям, отсутствует опыт расчета, проектирования и эксплуатации ПНУ для целей судоходства. Эднако, при использовании ПНУ лсбого вида, величина и характер нагрузок, передаваемых на его конструктивные элемента, будут определяться, в основном, характеристиками самого перемечаемого судна и силами, действующими на его подводнуп и кадводнуп часта.

В диссертации подробно рассмотрены наиболее важные положения, соогвеюгвувщие криволинейному перемещении судна с помощь» ПНУ. По этим проблемам существует обиирная литература.

Оановной особенностью перемещения судна с ПНУ является то, что хотя судно соверпает криволинейное, а именно плоско-параллельное движение, оно имеет связь с подвижным понтоном, т.е. кинематика сисгемы задается совершенно определенно.

Особое внимание уделено вопросам движения судов лагом, на мелководье, в услозиях бокового стеснения фарфатера.

Основные выводы, сформулированные в главе I, получены на основании работ В.Г.Павленко, А.М.Басина, В.Н.Алфимова, А.В.Васильева,Ю.И.Фаддеева, Я. К.Вокгкунского, Н.К.Федяевского, А.Д.Гофмана, В.И.Когана, Н.Ф.Соларева, Р.Я.Першца, П.С.Воробьева, В.В.Балани-на, В.П.Василевского, А.М.Богословского, А.А.Костикова, В.Ф.Мей-лун аса, Н.К.Бочина, Ю. И .Пастушки на, В.В.Мазура, Г.В.Симакова, Л.В.Марченко, К.П.Шкинека и некоторых других исследований.

Другим направлением исследований литературы был анализ процессов расхождения судов в каналах. Это обусловлено необходимостью обоснованного подхода при определении взаимодействий проходя-

IX = о

а)'

&

Ось-шлюза

л

£

/

нин ■\\\\'//у//

гидрам.

й)

О

к

Ось шгпза_

у /У/////

4--v - •, 1 1 / / 1

Рис.1. Вида причально-наводочных устройств:

а - судно не имеет связи с причалок, перемещение за счет гидра'вяическиа (гидропневматических) эффектов;

о - судно перемещается береговыми механизмами;

в - шарнирно-сочлененный параллелограмм с использованием ДРК перемещаемого судна.

щос судов на судно, стоящее у причала ПНУ, а значит и на нэстру-ктивяые элементы последнего.

Бо второй главе проведены теоретические ис-ледования процесса перемещения судов с помощью ПНУ.

Для анализа криволинейного движения судна вводится две системы координат (Рис.2). Очевидными параметрами, определяющими кинематику движения судна является : время .скорость центра тягести судна (или ее проекции ^ и 1/у ) и угловая скорость вращения судна о^ . На рис.2 обозначены такие: угол скорости^.; угол дрейфа судна с центре гяаесги £ ; угол поворота направлявшей штанги у* ; курсовой угол судка ¡р . Поскольку судно совершает плоско-параллельное, двииение.т.е ось Ох связанной систекы ноординат всегда параллельна оси неподвиккой систеш. При такой движении курсовой угол ¡¿Г постоянен и всегда равен.^ , а угон скорости всегда равен углу поворота штанг у . Таким образом ыоино записатьи в конце процесса (^ ^ ) угол дрейфа^ = 0.

Из кинематики известно, что угловая скорость суднаравна производной курсового угла по времени, но поскольку^90°, то угловая скорость судна,в этом елучае, равна нулю, что приводит к существенному упрощенно описания движения судна.

Направление взкюра скорости ценгра 1яаести судна всегда перпендикулярно продольной оси штанг, что приводит к следующему соотношении: .

где сО - угловая скорость вращения штанги; - длина штанги.

Для обоснованного составления уравнений, описывавших движение судна с ПНУ в диссертации подробно рассмотрены все группы сил, действующих на данную систему и составлены зависимости для их определения. I ним относятся: силы, связанные с инерционными свойствами судна и окружавшей его воды; силы вязкостной природа; аэродинамические силы; силы, индуцируемые ДРК судна; реактивные силы, возникавшие в элементах ПНУ.

После составления уравнений двинения судна под действием собственного ДРК с помощью ПНУ, записи дополнительных кинемагических условий,системы уравнений^после громоздких, но тривиальных преобразований могут быть представлены в следующем виде (записанные в виде, удобном для численного интегрирования):

= Мгг) - - .

; к (2)

* - ^ А.

с //

V - и?

где/f ; Мгг=-яС-Хг+7 Р^

•ЕУ] -Уг -Уя * ^; 2Г///= - * -Мг -/V?

1П - касса судна; ¡¿¿г- коэффициенты присоединенных касс судна; Хг гидродинамические сглы и гидродинамический момент, дейс-

ствующке на подводную часть корпуса судна;

- аэродинамические сеты к момент, действующие на надводную . .часть корпуса судна;

Рс ^ И; - силы, индуцируемые ДРК судна соо1в5тсгвенко в продольном и поперечном направлении при его работе в швартовном реки ш;

2 - количество движителей судна;

плечи соответствующих сил, относительно центра тяжести судка;

к- усилия в направлявших штангах ПНУ;

- угол поворота направляющих итанг.

Система (2) представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, решение которых дает возмоннл-сть непосредственного шчксления усилий в направляющих штангах к скорости центра тяжести судна в любой момент времени.

При некоторых начальных условиях: время¿с = О; начальный угол поворота<р(-1ь)-угловая скорость вращения штанги в начальный момент времени сОе , моделирование процесса перемещения сводится к решению задачи Еоши для системы дифференциальных уравнений.

Прсграмкый комплекс моделирования процесса вывода судна не ось. шлюза написан на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ и реализован

У

о,

л\

Рис.2. Сисхеиа координат и схеш сил, действуюсих на судно при его движении с помоаьв ПНУ.

в направяяюздих игангах в процессе перемещения}

_ ГеСУПпГИЧРПТ/ИН • _ Г.ГГ1.ТГГЧ

под управление« операционной средыM5.A6S- 4.01 в сервисной среде Турбо-Паскаль б.О JBM- совшсгишх ЭВМ. Програымый комплекс реализует естественный диалог пользователя с ПЭВМ, создает необходимей сервис для проведения процесса моделирования рассматриваемого явления для всех возможных сочетаний внешних факторов и не. требует специальной подготовки пользователя.

Следующий раздел г^авы 2 посвящен анализу результатов полученных на основании численного теоретического решения.

С точки зрения эксплуатации ПНУ основными характеристиками его работы будут время перемещения расчетного судна от причала до оси шлюза и скорость, которую имеет судно на оси шлюза. С ю-чки зрения проектирования и конструктивного расчета,основной величиной, влияющей на принятие решений, являются усилия в направлявших штангах. Исходя из этого, рассматривается влияние различных факторов - разыерений и загрузки судов, глубины канала, режима работы ХРК и подруливавшего устройства (ПУ), интенсивности и распределения ветровой нагрузки, угла перекладки рулей судна, времени разгона ДРХ - на время перемещения, скорость судна и усилия в направляющих штангах. Большинство результатов приведены в виде графиков, некоторые непосредственно в таблицах,вкводимых с печатающего устройства ПЭВМ. Всего приведено 13 графиков и 6 таблиц, характеризующих подученные результаты. Здесь приведем лишь график изменения усилий в штангах. (Рис.3), графики зависимости времени перемещения и скорости судна от силы ДРК (Рис.4),график зависимости усил5й в направляющих итангах от силы ДРК (Рис.5).

Осковше результаты теоретического решения можно сформулировать в следующем виде:

максимум усилий в направлявших штангах (как сжимающих в передней, так и растягивающих в задней) наступает практически сразу, как только упор ДРК достигает максимума после разгона двики-телей, инерция судна и округашцей его воды не преодолена, а сил сопротивления практически нет, поскольку судно не имеет скорости;

усилия в итангах могут значительно превышать силу, развиваемую дРК судна (до 3 - 3,5 раз);

зависимость максимальных значений усилий в штангах от силы ДРК судна имеет линейный характер;

основное значение на усилия в штангах имеюг водоизмещение расчетного судна и сила ДРК, а кроме того - угол перекладки рулей, глубина канала и распределение площади парусности;

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 ¡Г,и/с

Рис.4. Графики зависимости времени перемещения и скорости судна на оси шлсза ог силы ДРК судна:

_ теоретическое реиение на ЭВМ;

---по результатам опыюв;

--—по интерполяционным Формулам (3, Ч)

•м р

'ДРК

300 / 7 л / /

200 // /

/ / /

100 А / / V /

// //

Ц? -3,0 -2,0 -1,0

1.0

2,0

3,0 кг

-600

-300

о

300

600 900 1200 /?*кН

Рис.5. Графики зависимости усилий в итантах от силы, *

развиваемой ДРК судна:-теоретическое решение; --- опыты 1-ой серии (сплошная вертикальная стенка);--—опыты 2-ой серии (сво-

Г^П7Тиий ЛТГ/ПГ» Ъ-ЯиЯПяЛ

вреия перемещения судна составляет от 80 до 210 с в зашси-мости от сочетаний различных факторов;

при перемещении расчетного судка С"Волга-Дон" с полной оса-,..дкой) время перемещения меньше 2 мин даке при условии:работы движителей на 1/3 полного упора;

скорость центра тяжести судна растет постоянно с начала процесса и имеет максимум в момент, когда угол поворота итанг равен 90°, т.е. судно может продолжить двккенке в камеру шлюза с ускорением (при необходимости);

скорость судна на оси шлюза составляет от 0,8 до 1,3 м/с, что вполне удовлетворяет требованиям управляемости судна, а также требованиям по скорости входа для крупнотоннажных судов;

существенное влияние, на время перемещения имеет ограничение по глубине. При минимально возмокнок глубине ка трассах Единой Глубоководной Системы (4,0 м) и максимальной осадке эксплуатируемых речных судов (до 3,7) увеличение времени перемещения может составить до 35 % по сравнения с перемещением судна на глубокой воде;

существенное влияние ветровой нагрузки и ее распределения ш время перемещения и усилия в направляющих птангах проявляется при значениях скорости ветра £>л > 10 м/с, смещении центра парусности ¿с >15 и. При = 20 м/с увеличение времени перемещения может достигнуть до 70 % по сравнению с условиями безветрия.

Рассмотрена процессы перемещения судов других типов, которые хотя и имеют меньшее чем "Волго-Дон" водоизмещение., ко оснащены силовыми установками больней удельной мощности. Кроме того, рассмотрено вяиянке на основные параметры ПНУ расстояния перемещения судна,начального угла поворота штанг, расстояния между узлами крепления итанг.

Численное решение на ЭВУ предполагает наличке загрузочного модуля программы и соответствующей ЭВМ, что не всегда возмоено.

В целях практических расчетов, на основании анализа проведе-ных теоретических, исследований, в диссертации предлагаются апрок-симационные формула для вычисления основных параметров ПНУ:

- для вычисления вреьенк перемещения судка

- для вычисления скорости судна на оси илюза

для вычисления усилий в направляющих птангах /С = F- <fa + o,o/s )

£ = - ^(oJlF-ÜH у? tú,oI3 V«) С5)

в этих выражениях: fí- /о• P¿pjc/W - безразмерная силовая характеристика; 7С - осадка судна; м; Не - глубина канала, м; S/1'"- минимальная площадь парусновности расчетного судна (при максимальной осадка и без груза на крышках трюмов), м2;

- расчетное значение площади нарусности в конкретном примере, м2;

- скорость ветра, и/с,

РдРк- сила упора ДРК судна, кН; F - расстояние кекду узлами крепления штанг, м; <fc- начальный угол поворота атанг.

Отдельным вопросов, рассмотренным iarate в главе 2,является поперечное перемещение судна лагом некоторой дэизнулей силой, создаваемой береговыми механизмами. Предлагается теоретическое решение задачи перемещения судна о определением времени перемещения, выбором рациональной (по величине) двгасущей силы и расчетом скорости движения судка в любой момент перемещения.

В третьей главе излагаются задачи, методика проведения и обработки результатов и собственно полученные результаты лабораторных исследований ПНУ в виде иарнирно-сочлененно-го параллелограмма.

Проведено обоснование выбора масштаба модели, исходя из необходимости обеспечения автомодельной области по критерию Рейно-льдса. Обоснован выбор критического значения висла Рейнольдса для специфических условий ускоренного дзихения судна в ограниченном пространстве.

Описание лабораторной установки иллюстрировано чертежами и фотографиями. Модель выполнена в масштабе 1:32 применительно к верхнему подходному каналу илюза & 5 ЗБШ. Соблюдено геометрическое подобие границ канала (ширина, заложение откосов, плановое очертание входных пал и камеры шлюза). Модель судна "Болго-Нефть" выполнена из органического стекла и пенопласта, имеет длину 4,11м, пирину 0,515 м, высоту борга 0,18 м. При проектной осадке 0,109 м оно имеет водоизмещение 205 кг. Oopia обводов выполнена по теоретическому чертежу судна проекта £ 558.

Для проведения опытов модель оборудована необходимой аппаратурой, приборами и датчиками, позволяющими измерять усилия в штангах ПНУ, скорость модели судна в любой момент времени, время перемещения.

Движение судна осуществлялось под действием падающего груза через систему направляющих и отклоняющих блоков. Принцип падающего груза (принцип Фруда или бассейн типа Фруда) наряду с простоюй реализации имеет ваккое качество, которое выражается в том, что независимо от скорости движения судна сила.прилокенная к нему будет постоянна. Это полностью соответствует условию эксперимента, когда сила ДРК долнна оставаться постоянной, не смотря на движение с- ускорением.

Б диссертации подробно изложена методика проведения опытов, которая отработана в установочной серии. Проводится обоснование обработки результатов опытов (осциллограмм). В качестве примера приведем здесь осциллограмму одного из опытов (Рис.б).

Выполнен краткий анализ возмоаных исючников погрешностей к способов их устранения.

Всего было проведено пять серий опытов.

В первой серии изучалось влияние двикущей силы на время перемещения, скорость судна к усилия в штангах. Диапазон изменения силы Рм. от 50 до 1000 грамм, что соответствует от 16 до. 330 кй. (32 опыта).

Вторая серия опытов, в общем, дублировала первую, но конструкция причала была изменена из сплошной вертикальной стенки в полностью свободный откос. В этой серии проведено 13 опытов.

Третья серия проводилась для изучения влияния угла приложения движущей силы Р» ,или угла перекладки направляющих насадок в натурных. условиях. Угол <£. изменялся в пределах от + 33° до - 4°, через каждые 5 - 6°. Проведено 45 опытов (для различных Рм. ).

В четвертой серии опытов изучалось влияние мелководья на параметры ЯНУ. Глубина канала изменялась от 26,8 см (8,6 м натуры) до 13,0 см (4,16 к). Проведено 67 опмтов(для различных Рм ).

Для проведения пятой серии опытов лабораторная установка была переоборудована. Судно перемедалось лагом от причала до оси шлюза. В этой сери проведено по 5 опытов для 5-ти разных отношений И*/тс .

Общее кодкческво опытов составило 182.

Некоторые из приведенных в диссертации графиков показаны совмещенными с теоретическими на рис.3, 4, 5.

Рис.6. '^.Осциллограмма опыта .'526.Серия I.

осадка 11,2см, глубина 17,3см, угол<¿=33° • РдВ.= 800 грамм

В четвергом главе обосновывается необходимость проведения натурных исследований по определенно усилий, которые могут возникать в конструктивных элементах ПНУ при расхождении судов и при наполнении камеры шлюза. Натурные исследования проводились в верхнем подходном канале шлюза Л 5 ВБИ1 в условиях близких к тем, когда подходной канал будет оборудован ПНУ.

В главе излагается методика проведения опытов и обработки' опытных данных.

Сосгав исследований:

определение силы присасывания, действующей на судно, стоящее у причала,при прохождении мимо него другого судна;

определение продольных сил, действующих на судно, стоящее у причала при наполнении камеры шлюза.

По первому вопросу проведено 7 опытов. В процессе проведена; опытов определялись и контролировались следующие величины:

величина крена судна,стоящего у причала, с помощью уклономера системы ЛИВГа;

расстояние между бортами расходящихся судов с помощью фотографирования процесса расхождения;

скорость проходящего судна по времени прохождения расчетных створов;

осадка, водоизмещение судов, глубина канала.

В качестве подлежащих исследованию выбирались суда типа "Во-лго-Дон","Волга-Нефть","Волжский" (в парах) водоизмещением около 6700 тс, как наиболее стесняющие поперечное сечение канала.

Сила, действующая на оивартованное судно, вычислялась по формуле: од .

н - г ■ > (б)

где ¿ - поперечный уклон судна, измеренный в опытах, радиан; полное водоизмещение судна, кН.

Для оцени правильности полученных в опытах результатов,про> водятся теоретические расчеты силы присасывания двумя способами. Проводится также сравнение результатов по времени расхождения, т.е. моменты возникновения сил,перемены знака, возникновение мак симумов и пр.

Максимальная сила присасывания, зафиксированная в опытах составила 64,3 кН, вычисленная теоретически: первым способом 62,4 вторым способом 53,6 кН. Вычисления проведены для всех опытов.

Определение продольной силы, действующей на судно при напол

нении шлюза проводилось двумя способами - непосредственным измерением дифферента судна и вычислением уклона свободной поверхности воды наблюдениями по водомерным рейкам, установленным в месте проектируемого расположения ПНУ с судном.

Средние значения продольных сил составили: 38,3 кН по первому способу, 34,0 кН по второму способу (для прямых сил, т.е. направленных к шлюзу);

24,0 по первому способу, 38,5 кН по второму способу (для обратных сил).

В диссертации рассматриваются процессы возникновения сил по времени.

Для подтверждения проводится теоретический расчет уклонов свободной поверхности воды в канале по методу Н.А.Семакова. Расхождение опытных и теоретических результатов не превышает II %, а средние расхождения составляют около 4%, что подтверждает взаимную надежность результатов.

Пятая глава состоит из двух разделов. Первый раздел представляет методику расчета ПНУ. Уетодкка предполагает определение. двух основных факторов - времени перемещения судна и усилий в направляющих, штангах,. Первый фактор необходим для оценки эффективности применения ПНУ, второй - для определения расчетных нагрузок, действующих на основные узлы при работе ПНУ. Возможно я определение скорости судна на оси шлоза, с точки зрения оценки управляемости судна и возможности его безаварийного движения в камеру шлюза. Другой группой факторов является определение усилий, шторые могут возникать в стопорных и швартовных устройствах ПНУ 1ри неустановившемся движении воды в подходных, каналах, а также три движении других судов. В общем сшсле, такая методика изложе-га в предыдущих главах, однако здесь она представлена в виде,удо-)ком для практических расчетов и без лишней многовариантности.

Излагается также методика расчета перемещения судов лагои юкоторой береговой движущей силой.

Во втором разделе представлен расчет экономической эффектив-¡ости применения ПНУ по сравнению с традиционной технологией су-;опропуска.

Расчет сокращения времени шлюзования был проведен по методи-е кафедры ГТСий ЛИВГа. Расчет может быть применим для типовых словий шлюзов ВЛСХ, У Mí.

Здесь приведены графики расчета времени полного цикла двустороннего шлюзования, на которых обозначены характерные створы Рис.7).

а) ДЛЯ подходного канала без ПНУ;

б) для подходного канала, оборудованного ПНУ

Величину скоростей движения судов на разных участках установлены в соответствии с многочисленными наблюдениями кафедры ГТСиК ЛИВ1а.

Результаты расчетов представлены в табличной форме.

Уменьшение времение двухсюроннего шлюзования расчетного судна с применением ПНУ, по сравнению с временем шлюзования при традиционной технологии судопропуска, составило 0,5 часа'или 29 %.

Основные выводи:

1.На основании проведенного анализа существующих к настоящему времени технических разработок по перемещению судов в подходных каналах с целью ускорения судопропуска, а также анализа теоретических и экспериментальных работ мокко предположить, что использование ПНУ в виде шарнирно-сочлененного параллелограмма под дейстшем ДРК самого перемещаемого судна будет более эффективным по сравнению с другим! видами ПНУ как в реализации, так и по условиям эксплуатации .

2. Применение ПНУ приводит к ускорению судопропуска крупнотоннажных судов и составов и явно повышает безопасность входа судов

в камеру шлюза и их расхождения.

3. Разработанная математическая модель криволинейного движения судна, связанного с шарнирно-сочлененным параллелограммом,учитывает все основные факторы, влияющие на движение судна. Разработанная и реализованная на ПЭШ программа численного решения позволяет моделировать процесс в широком диапазоне изменения исходных данных

я изучать влияние следующих факторов: тип перемещаемого судна;ре-жим работы его ДРЯ и ПУ; степень загрузки судна; распределение груза на палубе; стеснение фарватера по глубине; скорость и направление ветра; геометрические размеры ПНУ; расстояние перемещения.

4. Результаты расчета могут быгь непосредственно использованы для технического проектирования ПНУ и оценки эффективности его ¡грименения. Время перемещения судна типа "Волго-Дон" с полкой загрузкой составляет от 90 до 160 с, скорость судна на оси илюза -

эг 0,8 до 1,3 ы/с, усилия в направляющих штангах - до 3 значений зилы, развиваемой ДРК судна.

5. Экспериментальные исследования на крупномасштабной (1:3 2) Бизической модели подтверждают теоретическое решения. Расхождение таытных и теоретических результатов составило в среднем 3 - 5 %

тзмеряемых величин по влиянию основных факторов (водоизмещение сунна и упор ДРК) и 3 - 20 % по влиянию неосновных факторов (угол

перекладки рулей, расстояние перемещения и др.) на время перемещения, скорость судна и усилия в направлявщих штангах.

6. Теоретическое решение задачи о перемещении судна лагом некоторой береговой движущей силой было подтверждено лаборатор/ ньши исследованиями. Время перемещения судна типа "Волго-Дон" лагом на расстояние 20,8 ы составляет около 180 с при использовании движущей силы в 600 кН и глубине канала 5,5 и.

7, По результатам проведенных натурных исследований в качестве расчетных нагрузок для проектирования швартовных. и стопорных устройств ПНУ могут быть приняты следующие значения: в поперечном относительно судна направлении - до 100 кН при расхождении судов с расстоянием между боргами до 4,0 м и скоростью проходящего судна до 1,5 и/с; в продольной направлении - до 70 кН при расположении ПНУ с судном на расстоянии до 300 и от головы шлюза.

6. На основании теоретических и экспериментальных исследований предлагаются достаточно простые апроксимационные зависимости для определения времени перемещения и скорости судна, усилий в направляюща итакгах. Результаты расчета по этим зависимостям различаются с результатами расчета на ЭШ не более чем на 4 % вычисляемой величии.

9. Сокращение времени двухстороннего шлюзования с применением ПНУ нонет составить до 30 % от общего времени двухстороннего шлюзования по обычной схеме. Расчет проведен с запасом по вре менк влвзоЕанкя судов с применением ПНУ ;; может быть использовав для илбзованных участков водных путей в качестве показателя экономическое эффективности применения ПНУ.

10. Исследование данной проблемы мокег быть продолжено б не скольких направлениях., без разработки которых реалпзат^'я . подобных проектов трудноосущестзимд. К числу таких направлений мокко отнести разработку технических реаений, которые учитывают: относительно большие колебания уровня воды в каналах, конструкции причалов; необходимость работы ПНУ при волкеразработку оптимальных- рекиков работы устройств, индуцирующих двикуцую силу, в том числе оптимальных режимов работы ДРК (например, при разных режимах работы правого и левого викюв, когда усилия в итангах резко уменьшается), разработку устройств, позволяющих осуществить возврат ПНУ в исходное положение, расчет и проектирование надежных автоматических швартовных устройств, без которых эксплуатация ПНУ затруднительна к небезопасна,другие вопрос*

Некоторые полонения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Василевский в.П..Юдин Н.К. Проектирование режима работы причально-наводэчного устройства"с поперечным перемещением судна, управляемого берегввым механизмом // Совершенствование технической эксплуатации, проектирования и расчета гидротехнических сооружений и технологии путевых работ на реках / Сборник научных трудов. Л:, ЛИВТ.1990,

с.40 - 47.

2. Баланин В.В..Василевский З.П., Юдин Н.К. Натурные исследования взаимодействия судов в подходном канале шлюза // Научно-технический информационный сборник "Передовой опыт для внедрения на речном транспорте" / ЦБНГИ речного транспорта. Вып.5. !i:, 199 2, с.1 - 8.

3. Баланин В.Б.»Один H.H. Определение усилий в шгангах прича-льнс-наводочнога устройства при схеме ввода судна в шлюз

с поперечным перемещением // Научно-технический информационный сборник " Передовой опыт для внедрения на речном транспорте" / ЦЕН1И речного транспорта. Вып.5. Ii:, 1992, с.8 - 16.

О результатах исследований доложено на следующих конференциях и совещаниях:

1. XX7I научно-техническая конференция молодых, научных сотрудников ЛИВГа в 1991 г.

2. 45-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов института. ЛИВГ, 1992 (2 доклада).

На заседаниях кафедры ГТСиЯ ЛИВГа, НТС ЕБН1 и др.

Отпечатано." на ротапринте СПГУВК Заказ 65.Тираж 100.Бейта?но