CC BY
32УДК 629.122
DOI: https://doi.org/10.37890/jwt.vi62.50
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И ХАРАКТЕРИСТИК
РЕЧНЫХ ЗЕМЛЕСОСНЫХ СНАРЯДОВ НА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Э.Г. Румянцев
Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия Е.П. Роннов
Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия
Аннотация. В статье впервые приводится методика расчета на стадиях исследовательского проектирования основных элементов и характеристик речных земснарядов статистическим методом. Для исследования были использованы наиболее распространенные проекты речных несамоходных земснарядов различных архитектурно-конструктивных типов как с жилой надстройкой, так и без нее, в широком диапазоне производительности по грунту. Были подробно проанализированы зависимости полного водоизмещения и мощности главного двигателя от основных данных технического задания, таких как производительность землесоса и глубина разработки грунта. Получены графические зависимости и аналитические выражения для определения главных размерений землесоса. Отдельно рассмотрен вопрос выбора длины основных отсеков земснаряда, что позволяет решать задачу предварительной разбивки корпуса на отсеки. Дается анализ точности полученных статистических зависимостей определения длин судна.
Ключевые слова: землесос, земснаряд, главные размерения, длина отсеков корпуса, добыча нерудных материалов, производительность землесоса, глубина рыхления.
Введение
В настоящее время как проектирование, так и строительство добычных судов технического флота водоизмещением более 300 т находится практически на нуле. Основу эксплуатируемого флота этого типа составляют суда старых проектов постройки до 90-х годов ХХ века [1]. Каждое из этих судов имеет ограниченный срок эксплуатации и в недалеком будущем, даже проверенные временем, они придут в негодность, и потребуется их замена новыми. Однако, до сих пор не существует единой методики определения основных элементов и характеристик речных земснарядов, что создает серьезные проблемы на этапе обоснования их оптимальных параметров, целесообразности проектирования и постройки. Данная работа выполнена в целях создания такой методики проектирования добычных судов технического флота. Поскольку задачи начальных стадий ставятся в условиях отсутствия необходимой информации по судну, кроме данных технического задания, то их решение достигается с использованием статистического анализа по ранее спроектированным судам рассматриваемого типа и назначения. Данный методический подход принят и в настоящей работе.
Характеристика статистической базы
Элементы и характеристики земснарядов [2], по которым выполняется статистический анализ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Элементы и характеристики земснарядов
Элементы и харак- Номера проектов земснарядов
теристики * 3 6 1П 1 Р109* * ^ 1-520* 4395 23-110 81390 Р139 ШВ 66.42 ДЭ-725 ШВ 66.09 23-112
Длина расчетная, м 25,8 49 52,6 40 49,4 54 45,8 52,6 85 52,9 50 69,9 58
Ширина, м 7,5 10,6 10 9,2 9,2 10,5 9 10 12 12 9,2 12 9,2
Высота борта, м 1,5 2,6 2,8 2,85 2,7 3,65 2,5 2,8 4 3,4 2,8 3,5 2,8
Осадка в рабочем положении, м 0,64 1,08 1,26 1,20 1,64 1,30 1,28 1,87 1,47 1,33 1,36 1,85 1,43
Водоизмещение попрожнем, т 93,5 408 446 322 575 - 398 446 946 - 467 980 527
Глубина разработки, м 8 11,5 15 11 18 10 11 20 25 10 11 30 8
Мощность привода, кВт 165 515 367 257 340 400 397 426 883 1200 588 736 589
Водоизмещение в рабочем положении, т 108,5 434 555 386 630 653 469 555 1231 747 544 1206 680
Производительность проектная, м3/ч 250 500 525 600 600 700 700 800 800 1000 1000 1500 725
Класс Российского Речного Регистра Л Р О О О О О О О О О О О
Одной из архитектурно-конструктивных особенностей земснарядов является размещение экипажа [3]. На земснарядах, отмеченных в таблице 1 знаком (*), экипаж на судне не проживает. Для этих целей используются специальные стояночные суда-брандвахты. Тогда как на более крупных судах для размещения экипажа используются достаточно развитые надстройки [4].
Удаление поднятого грунта на дноуглобительных земснарядах производится по плавучему грунтопроводу. Чисто добычные земснаряды таких грунтопроводов могут не иметь, либо на них дополнительно предусматривается выгрузка грунта непосредственно в бункер [5]. На земснарядах используются различные способы рыхления грунта. На мягких грунтах используются гидравлическое рыхление. При разработке тяжелых грунтов, например, гравийного типа, используются различного типа фрезерные разрыхлители [6].
Отмеченные архитектурно-конструктивные особенности следует учитывать при статистическом анализе элементов и характеристик земснарядов.
Анализ главных элементов
Основными характеристиками, которые указываются в задании на проектирование земснаряда, являются его производительность Q и глубина Нр разработки (рыхления) грунта. Поэтому для предварительной оценки главных размерений их и следует использовать в качестве аргументов.
Длина судна во многом определяется условием размещения в корпусе и на палубе оборудования, механизмов и устройств, обеспечивающих необходимую, в соответствии с заданием, производительность земснаряда [7]. На графике рис. 1 приведена эта зависимость, аналитический вид которой следующий:
Ь = 2,064*0
(1)
I н
'И М1
НЩ1 ......
ищи
чип ;гив III МОД]
рчЯЧ-1"
РКП ЫкМ • * га" л ит■ ■1И St.il и виз
^ мло ¿иво
1 ^-ТР II
■ "Л
■ Ц, М '/Ч: - ■
Рис. 1. Зависимость расчетной длины земснаряда от его производительности
Условия размещения главных механизмов, судовых устройств, обеспечивающих функционирование землесоса, а также основные навигационные качества судна, определяет его ширина. Зависимость ширины земснаряда от производительности приведена на рис. 2.
Аналитически эта зависимость имеет вид:
В = 2,2305*0 с
(2)
Рис. 2. Зависимость ширины землесоса от производительности
Высота борта определяется условиями размещения в корпусе жилых и служебных помещений, главных и вспомогательных механизмов, требованиями о минимальной высоте надводного борта и обеспечения остойчивости и прочности. На графике рис. 3 приведена зависимость высоты борта от производительности земснаряда. Она также может быть рассчитана по формуле:
Н = 1,167*0 0,1485 (3)
■ им» 43, н3 /щ НП{М
Рис. 3. Зависимость высоты борта от производительности землесоса
Землесосы имеют упрощенную форму корпуса и, по сути, являются стоячными судами. Поэтому их коэффициент полноты водоизмещения близок к единице, что положительно влияет на уменьшение осадки. Но и с точки зрения выполнения основных технологических операций землесосу большая осадка не нужна. Как показано на рис. 4, даже у наиболее мощных речных снарядов она не превышает 1,8 м. Формула, отражающая эту зависимость:
Т = 4,26 * 10-2 * Q 0,5255
(4)
• 1-1Й VJ.1L; |'1Ь
Дин
ПИ . ц
цш
* 15ц и и™
* агч
Ьш Шин 4биЛи |И0иМ ЧХ.Х1 П-н '/ч
Рис.4. Зависимость осадки землесоса от производительности
На рис. 5 приведена зависимость полного водоизмещения Б от проектной производительности Q. Она имеет линейный характер и описывается следующим выражением:
Б = 0,83 *Q - 17,4
(5)
1>,т
ЦП
рсДОЗт-]?.* е- - П-ТТ11
£9-1! 1ЛШ ш __1 РЬЯ 1 ии* ,4" • НГЛПЛ.С7
• * М» « ДЭВД 1-555 * »-1» • 13 * Ш
I .-.и л. Щ^Щ О. и 1ЛС.Л
Рис. 5. Результаты зависимости водоизмещения от производительности
На рис. 6 дана зависимость мощности энергетической установки N (мощность привода грунтового насоса) от проектной производительности землесоса 0. Аналитически данная линейная зависимость имеет вид:
N = 0,5 *0 + 80
(6)
Рис. 6. Зависимость мощности привода от производительности
Анализ величины отсеков корпуса
После определения в первом приближении главных элементов судна важно определиться с размером основных отсеков корпуса. На несамоходном землесосе отсеки по их функциональному назначению и размерам весьма специфические. Кроме отсека машинного отделения, в котором располагаются главные и вспомогательные двигатели, вспомогательные установки и механизмы, на землесосе иногда выделяется в отдельный отсек грунтового насосного оборудования [8]. Отсек носовой прорези в корпусе предназначен для размещения забортного пульпопровода с разрыхлителем и приемником пульпы, а также переходного участка к магистрали грунтового насоса. Палуба кормового ахтерпикового отсека пользуется для размещения оборудования подсоединения к плавучему пульпопроводу и закольных свай.
Длину машинного отделения на начальных стадиях проектирования связывают с мощностью главных двигателей и их типом. На рис.7 такая линейная зависимость приведена, аналитический вид которой следующий:
1МО = 3,4 * 10 * N + 7,18
(7)
Рис. 7. Зависимость длины машинного отделения от мощности привода
Длина отсека носовой прорези для пульпопровода зависит от глубины рыхления Нр землесоса, что показано на графике рис. 8. Зависимость имеет линейный характер и описывается выражением:
Ьр = 1,6 * Нр - 2
(8)
Рис. 8. Зависимость длины носовой прорези от глубины рыхления земснаряда
Кормовой отсек включает в себя расстояние от кормовой переборки машинного отделения до кормового перпендикуляра. На несамоходном землесосе в этом отсеке рулевая машина отсутствует. Как отмечалось выше, отсек обеспечивает площадь главной палубы в корме, необходимую для размещения устройств, обеспечивающих соединение судовой части пульпопровода с его плавучей частью. Иногда для улучшения условий размещения и обслуживания узла перехода судового пульпопровода в плавучий, площадь палубы в корме увеличивают навесной палубой (кринолины) с прорезью. Наличие кринолина с прорезью изменяет габаритную и наибольшую длину землесоса, а на расчетной длине практически не сказывается. На рис.9 приведена зависимость длины кормового отсека Ьк от произведения ширины на высоту борта корпуса землесоса.
Аналитический вид этой зависимости следующий:
Ьк = 0,4 * В *Н - 1
(9)
М
20
13
• • Р]
КОВ 66.09 39
23-110 •
* Р109
• 1-520 ' 12
324
О 10 20 ВО 40 50
Рис. 9. Зависимость длины кормового отсека Ьк от произведения ширины корпуса В на высоту борта Н
При наличии свайного хода значение, получаемое по формуле (9) следует умножить на коэффициент, равный 2.
Размеры насосного отделения зависят от габаритных размеров грунтового насоса и совокупного с ним оборудования [9]. Характеристики насоса в свою очередь зависят как от его производительности, так и от развиваемого им напора, зависящего от глубины рыхления Нр. Поэтому при анализе длины насосного отделения (рис. 10) в качестве аргумента было принято произведение О * Нр. Зависимость Ьно = /(<2*Нр) имеет линейный характер и описывается следующим выражением:
1НО = 1,25 * 10-4 * Q *Нр + 2,75 (10)
*>
* ПГМГМ? • 1Ш ■ Л>Т!4
1 ■ лл
Рис. 10. Зависимость длины насосного отделения от произведения производительности на глубину рыхления Q * Нр.
Сложив размеры отдельных отсеков корпуса, можно получить расчетную длину корпуса судна:
Выражение (11) может быть использовано для дополнительного анализа при формировании длины землесоса.
В таблице в качестве примера приведено сравнение результатов расчета расчетной длины (по конструктивной ватерлинии), полученной по статистическим зависимостям (1) и (11) с фактическими значениями.
Таблица 2
Анализ результатов расчета по раздельным методикам длины землесосов
№ проекта Длина по проекту, м Длина по формуле (1), м Длина по формуле (11)
324 25,8 30,34/+17.59% 25,04/-2,94%
1-516 49 42,51/-13,22% 38,82/-20,76%
Р109 52,6 43,53/-17,22% 44,36/-15,66%
12 40 46,46/+16,15% 36,71/-8,2%
1-520 49,44 46,46/-6,02% 48,17/-2,56%
4395 54 50,08/-7,25% 54,82/+1,52%
23-110 58,85 50,08/+9,23% 43,84/-4,37%
81390 53,25 53,44/-1,61% 53,57/+1,86%
Р139 85 53,44/-37,11% 71,63/-15,72%
КЭБ 66.42 52,9 59,58/+12,62% 59,9/+13,23%
ДЭ-725 50 59,58/+2,72% 47,51/-18,08%
КБЭ 66.09 69,9 72,58/+3,83% 79,85/+14,24%
Дробью в знаменателе показана относительная разница в % между рассчитанными и фактическими значениями длины.
Из таблицы 2 видно, что наиболее близки к фактическим значения, получаемые по формуле (11) как сумма длин основных отсеков корпуса. Это является следствием более полного учета конструктивных особенностей при анализе каждого отсека.
Одновременно следует отметить, что по некоторым проектам имеет место достаточно значительное отличие расчетных значений длины. Причины этих отличий могут носить объективный характер, связанный как с отличием нормативных требований, действующих на момент разработки проекта, так и с неизвестными особенностями технического задания и т.д. [10]. В то же время можно говорить и о субъективных причинах, проявляющихся в принятии различных конструкторских решений, выборе того или иного оборудования.
Заключение
Выполненный статистический анализ позволил получить аналитические выражения для определения в первом приближении водоизмещения, мощности и главных размерений несамоходных землесосных снарядов [11]. Они могут быть использованы на начальных стадиях проектирования при решении задач обоснования целесообразности рассматриваемых судов технического флота, оптимизации их элементов и характеристик [12].
По некоторым землесосам отмеченные отличия расчетных и фактических значений имеют объективный и субъективный характер. При решении указанных выше
задач это не имеет принципиального значения, так как при вариантных решениях обеспечивается условие их сопоставимости [13].
Список литературы:
1. Ильин Н.И. Земснаряды / Н.И. Ильин. - М.: Транспорт, 1982. - 200 с.
2. Смирнов Е.Л. Речная справочная книжка корабельного инженера Е.Л. Смирнова [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://russrivership.ru/ships/33 (дата обращения 05.02.2020)
3. Ялтанец И.М. Справочник по гидромеханизации / И. М. Ялтанец. - Изд. 3-е, испр. и доп. -Москва: Горная книга, 2011. - 736, с.
4. Шкундин Б.М. Землесосы и землесосные снаряды / Б. М. Шкундин.- М.: Госэнергоиздат, 1961. - 286 с.
5. Укоров Н.Г., Т.В. Марголин Землесосные снаряды: уч.пос. / Н.Г. Укоров, Т.В. Марголин. -Москва: Высшая школа, 1985. - 256 с.
6. Силин Н.А. Режим работы крупных землесосных снарядов и трубопроводов / Н.А. Силин, С.Г. Коберник. - Киев : Изд-во Акад. наук УССР, 1962. - 215 с.
7. Иванов В.Л. Суда технического флота / В.Л. Иванов, Н.В. Лукин, С.Н. Разживин. - М.: Транспорт, 1982. - 366 с.
8. Ухова Э.П. Методология определения главных размерений различных типов земснарядов на начальной стадии проектирования: дис. ... канд. тех. наук: 05.00.00. / Э.П. Ухова. - Горький, 1972. - 143 с.
9. Ашик В.В. Проектирование судов / В.В. Ашик. - Л.: Судостроение, 1985. - 315 с.
10. Кочнев Ю.А. Определение элементов и характеристик «малых» танкеров на начальных стадиях проектирования / Ю.А. Кочнев. - Н. Новгород: Вестник ВГАВТ Выпуск 28 ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2010. - 26-34 с.
11. Dredgers of the World / Julie Simons. - United Kingdom: Oilfield Publications Limited, 1997. -480 p.
12. Dredging: A Handbook for Engineers / R.N. Bray, A.D. Bates, J.M. Land. -United Kingdom: Elsevier Science Technology, 1996. - 448 p.
DETERMINATION OF ELEMENTS AND CHARACTERISTICS OF RIVER SUCTION DREDGERS AT INITIAL DESIGN STAGES
Ernest G. Rumyantcev
Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia Evgeniy P. Ronnov
Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia
Abstract. The article provides a methodology for calculating the basic elements and characteristics of river dredgers at the stages of research design by means of the statistical method. For the study, the most common projects of river non-self-propelled dredgers with both a residential superstructure and without it, in a wide range of soil productivity, were used. The dependences of the total displacement and the main engine power on such basic technical data as suction dredger performance and loosening depth were analyzed in detail. Graphic dependencies and analytical expressions for determining the main suction dredger dimensions were obtained. The issue of choosing the length of the main dredger compartments is considered, which allows to solve the problem of pre-splitting the hull into compartments. The analysis of the accuracy of the obtained statistical dependencies for determining the length of the vessel is provided.
Keywords: suction dredger, dredger, main dimensions, length of hull compartments, mining of non-metallic materials, suction dredger performance, loosening depth.
References:
1. Smirnov E.L. «Rechnaya spravochnaya knizhka korabel'nogo inzhenera Smnirnova» (River reference book of a ship engineer E.L. Smirnov) Access mode: https://russrivership.ru/ships/33 (accessed date 02/05/2020);
2. Ilyin, N.I. «Zemsnaryady» (Dredgers) Transport (1982): 200;
3. Yaltanetz I.M. «Spravochnik po gidromekhanezatzii» (Hydromechanization Handbook) Gornaya kniga (2011): 736;
4. Shkundin B.M. «Zemlesosy i zemlesosniye snaryady» (Dredgers) Gosenergoizdat: (1961): 286;
5. Ukorov N.G., Margolin T.V. «Zemlesosniye snaryady» (Dredgers) Vishya Shkola (1985): 256;
6. Silin N.A., S.G. Kobernik «Rezhim raboty krupnykh zemlesosnykh snaryadov i truboprovodov» (Mode of operation of dredging shells and pipelines) Izdatel'stvo akademii nauk USSR (1962): 215;
7. V.L. Ivanov, N.V. Lukin, S.N. Razzhivin «Suda tekhnicheskogo flota» (Technial fleet vessels) Transport (1982):366;
8. Uhkova E.M. «Metodologiya opredeleniya glavnyh razmerenij razlichnyh tipov zemsnaryadov na nachal'noj stadii proektirovaniya» (Methodology for determining the main dimensions of various types of dredgers at the initial design stage) Gor'kiy (1972): 366;
9. Ashik V.V. «Proektirovanie sudov» (Ship design) Sudostroenie (1985): 315;
10. Kochnev Y.A. «Opredelenie elementov i harakteristik «malyh» tankerov na nachal'nyh stadiyah proektirovaniya» (Determination of the elements and characteristics of «small» tankers in the initial stages of design) Vestnik VGAVT Vypusk 28 FGOU VPO «VGAVT» (2010). - 26-34;
11. Dredgers of the World / Julie Simons. - United Kingdom: Oilfield Publications Limited, 1997. -480 p.;
12. Dredging: A Handbook for Engineers / R.N. Bray, A.D. Bates, J.M. Land. -United Kingdom: Elsevier Science Technology, 1996. - 448 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Эрнест Георгиевич Румянцев, магистрант кафедры «Проектирования и технологии постройки судов», Волжский государственный университет водного транспорта» (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»),
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5 e-mail: [email protected] Евгений Павлович Роннов, профессор, д.т.н., заведующий кафедрой «Проектирования и технологии постройки судов», Волжский государственный университет водного транспорта (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»), 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, e-mail: [email protected]
Ernest G. Rumyantcev, student of the Department of «Design and shipbuilding technology», Volga State University of Water Transport, 5, Nesterov st, Nizhny Novgorod, 603951,
Evgeniy P. Ronnov, professor, Head of the Department of «Design and shipbuilding technology», Volga State University of Water Transport,
5, Nesterov st, Nizhny Novgorod, 603951
Статья поступила в редакцию 10.02.2020 г.
