Рассмотрены вопросы организации внепортовой выгрузки контейнеров в условиях Арктики. Проанализированы известные технологические решения по выгрузке грузов на необорудованное побережье, применяющиеся как в России, так и за рубежом, полезные модели, направленные на организацию временных выгрузочных мест. Особое внимание уделено опыту вооруженных сил по выгрузке воинских грузов. Отмечено отсутствие апробированных технологий перегрузки массовых контейнерных грузов. Выделена проблема отсутствия отечественных береговых мобильных перегрузочных средств. Определён функциональный профиль лихтерной системы с учетом интересов всех возможных участников транспортной деятельности в регионе. Предложена новая транспортно-технологическая система, опирающаяся на специализированные модули стандарта ЛЭШ, перевозимые на имеющемся ледокольном атомном лихтеровозном судне «Севморпуть». В основу системы положены разнофункциональные плавсредства единого формата, конструктивно предназначенные для перевозки как контейнеров, так и иных грузов укрупненных номенклатур, в том числе колесной и гусеничной техники. Береговая часть системы состоит из таких же модулей, имеющих специализацию понтонно-причальных. Указанный состав системы предполагает проведение выгрузочных работ в три этапа. На первом этапе выгрузочными средствами судна на воду выставляются понтонно-причальные модули и транспортно-буксирные аппарельные баржи. Баржами на берег свозятся полевые контейнероподъемники и формируются плавпричалы. На втором этапе грузовыми средствами судна на воду спускаются специализированные плавсредства, на которые устанавливаются грузы. Буксируемые баржами плавсредства доставляются к плавпричалам, где производится выгрузка своим ходом, либо с использованием полевых ричстакеров. На третьем этапе аппарельные баржи забирают ричстакеры и понтонно-причальные модули с побережья и доставляют их к борту судна. Грузовыми средствами лихтеровоза ричстакеры из трюмов барж, сами баржи и специализированные модули грузятся на судно. Определен перечень вопросов для дальнейшего решения проблемы внедрения контейнерных технологий для необорудованного побережья.
Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова
2016. — Выпуск 5
Содержание:
В статье рассматриваются способы реализации требований Международного полярного кодекса, который вступает в силу с 1 января 2017 г. Ключевым требованием для выполнения требований этого документа является получение Свидетельства судна полярного плавания, для получения которого для каждого судна должны быть разработаны Наставления по эксплуатации судов в полярных водах. При создании данного документа необходимо разработать рекомендации по маневрированию конкретного судна в различных условиях ледового плавания. В настоящей статье для разработки данных рекомендаций предлагается использовать методы математического моделирования. Предложенные в настоящей статье подходы позволяют проанализировать и выработать рекомендации для каждого конкретного судна применительно к конкретным условиям ледового плавания. На основании результатов систематических расчетов с использованием математических моделей, предложенных в настоящей работе, сделан вывод об эффективности маневра «Курс от льдины» при расхождении с отдельными льдинами, а также подтверждены существующие рекомендации по ледовому плаванию судов. Показано, что применение методов математического моделирования маневрирования судна в различных условиях ледового плавания позволит не только выполнить требования Международного полярного кодекса, но и обеспечить безопасное плавание судов в ледовых условиях. В статье показано, что методы математического моделирования могут быть использованы для разработки практических рекомендаций для судов разных типов и конструкций по плаванию в различных ледовых условиях. Они могут быть предложены мировому морскому сообществу как основной метод для исследования вопросов безопасности ледового плавания, разработки рекомендаций для движения во льдах судов различных типов и конструкций, по подготовке судоводителей к плаванию в конкретных ледовых условиях.
Ключевые слова
В современной теории графов для исследователей актуален класс задач, связанных с формированием графа, построением его вершин и ребер на основе заданных условий и большого числа исходных данных. Такие задачи относят к классу нереализуемых задач. Методы искусственного интеллекта, кластерного анализа, применение эвристических и эволюционных алгоритмов совместно с новыми компьютерными технологиями позволяют решать подобные задачи наиболее эффективным образом. Задача формирования графа маршрута движения судна относится к классу таких задач. Эвристика заключается в возможности применения результатов кластеризации исходной цифровой базы данных как основы для формирования вершин и ребер графа. Данная задача является предметом рассмотрения статьи. В статье используется цифровая база района плавания, которая включает отметки глубин, высот и мелей. Метод кластеризации осуществляется на базе метрики, учитывающей расстояние между точками на карте и разность глубин. Приведены численные значения параметров кластеризации и числовые значения расчета критерия качества кластеризации для различных значений коэффициентов метрики. Разработан, реализован программно и подробно описан алгоритм кластеризации. Приведены результаты программного моделирования алгоритма на участке, характеризующимся извилистой береговой чертой, наличием мысов, мелей, бухт и заливов, а также распределением островов в районе построения маршрута. На основе кластеризации выполнено формирование графа путей движения судна. Приведен алгоритм построения вершин и ребер графа. Программная модель позволяет визуализировать исходную цифровую базу данных и полученные результаты. В заключение указаны основные необходимые направления для дальнейших исследований.
Ключевые слова
Приведено обоснование метода количественной оценки влияния человеческого фактора на навигационную безопасность плавания судна, который положен в основу превентивного регулирования человеческого фактора в процессе судовождения. Алгоритм метода включает в себя три самостоятельных блока. Первый из них предполагает вычисление ранга сложности навигационной ситуации (безотносительно к человеческому фактору), итог которого отображается по десятибалльной шкале. Второй блок представляет собой определение (тестирование) уровня психологической устойчивости судоводителя, который в контексте обоснованного алгоритма является количественной оценкой человеческого фактора безотносительно к навигационной ситуации и также отображается по десятибалльной шкале. Третий, заключительный блок алгоритма, включает в себя расчёт экстремальности навигационной ситуации как функции ранга сложности и человеческого фактора, которая представлена в матричном виде в шкале, свойственной для величин с вероятностным смыслом. По своей сути, экстремальность одновременно представляет собой количественную оценку влияния человеческого фактора на навигационную безопасность плавания судна и квазивероятность возникновения чрезвычайной ситуации, источником которой является навигационная авария. Структура метода позволяет формировать комплекс технических, организационных и образовательных мероприятий по регулированию человеческого фактора в морском судовождении с целью предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций.Матрица экстремальности предполагает различные направления ее применения в практическом судовождении. В первую очередь, это системы поддержки принятия решения судоводителем, где величина экстремальности навигационной ситуации будет определять нагрузку системы. Кроме того, предложенный метод может быть использован при построение конвенционных систем контроля дееспособности вахтенного помощника капитана для дифференциации межсигнального промежутка времени при расследовании морских аварий и инцидентов с целью адекватной оценки их обстоятельств и во многих других случаях.
Ключевые слова
В работе рассмотрены проблемы безопасности эксплуатации перегрузочной техники на контейнерном терминале (КТ). Поставлена задача посредством имитационной модели выявить конфликтные ситуации, которые оказывают влияние на безопасность эксплуатации КТ. В процессе эксплуатации КТ существует вероятность возникновения аварии, инцидента, отказа и повреждения перегрузочной техники (ПТ), что влечет за собой нарушение правил промышленной и экологической безопасности (разлив топлива, гидравлического масла и т. п.). В результате этих обстоятельств снижается скорость обработки транспортных средств и пропускная способность КТ, что влечет за собой экономические потери, а также возможные потери грузоперевозчиков. При эксплуатации ПТ на промышленную безопасность оказывают влияние следующие факторы: квалификация оператора ПТ, психофизиологическое состояние оператора, состояние окружающей среды (погодные условия, состояние покрытия терминала, интенсивность движения транспортных средств и другой ПТ, сложность выполняемой операции. Повышение уровня безопасности труда решается с помощью проведения организационных мероприятий (проведение инструктажей, разработка инструкций по охране труда и рабочих технологических карт, издание приказов и распоряжений, проведение стажировок с вновь поступившими на работу сотрудниками, проведение ежегодных проверок знаний, обучение сотрудников на рабочем месте и в учебно-курсовых комбинатах) и технических мероприятий (проведение регламентных работ, диагностика, контроль за эксплуатацией ПТ). Нарушение технологии работ с опасными грузами могут повлечь не только нарушение промышленной, но и экологической безопасности. Некачественное проведение ремонта ПТ приводит к нарушениям промышленной, экологической и экономической безопасности. Отмечается, что в ходе моделирования были получены следующие результаты: определены конфликтные ситуации, которые могут развиваться по нескольким различным сценариям; определен оптимизирующий параметр τ (время восстановления работоспособности ПТ); определен объект оптимизации - производительность ПТ.
Ключевые слова
Предлагается статически определимая схема плоской фермы решетчатого типа с четырьмя внешними связями, моделируемыми симметрично расположенными опорными жесткими стержнями. Ставится задача определения прогиба конструкции в зависимости от числа панелей, размеров фермы и величины нагрузки, приложенной равномерным образом к узлам верхнего пояса. Усилия в стержнях определяются методом вырезания узлов. В цикле по числу стержней составляется матрица системы уравнений равновесия всех шарниров конструкции. Методом индукции по числу панелей с применением специальных операторов rgf_findrecur и rsolve из пакета Genfunc системы компьютерной математики Maple получена точная формула для прогиба среднего узла нижнего пояса фермы в виде полинома четвертого порядка. Для последовательности коэффициентов формулы выводятся и решаются рекуррентные уравнения восьмого порядка. Кривые зависимости прогиба от числа панелей при фиксированной суммарной нагрузке и длине пролета обнаруживают резкие скачки и горизонтальную асимптоту, зависящую от высоты фермы и соотношения жесткостей стержней поясов и решетки. Обнаружена кинематическая изменяемость фермы при нечетном числе панелей, приводящая к равенству нулю определителя системы уравнений узлов. Построена непротиворечивая схема возможных скоростей изменяемой конструкции и найдены соотношения между скоростями узлов. С целью недопущения изгибных деформаций предлагается метод проектирования монтажа фермы с учетом размещения стержней фермы в отдельных плоскостях. Задача о последовательности крепления стержней в узлах сводится к решению задачи дискретной математики о реберной раскраске графа. Применяются операторы Graph и EdgeChromaticNumber пакета GraphTheory системы Maple. Приводится конкретный пример монтажа.
Ключевые слова
В статье рассмотрена проблема формирования коммуникативных умений современных судоводителей на основе таких методов, как описание, эксперимент, сравнение, моделирование. Языковым материалом является английская морская стандартная фразеология радиообмена, содержащая специальную терминологию и многочисленные клише без их реального лексического наполнения, что затрудняет процесс запоминания и использования в речевой ситуации профессионального общения. Обучение терминологии связано с серьезными трудностями из-за отсутствия разработанных методических основ подачи студентам терминологической лексики по их специальности. Представлен опыт моделирования образовательной среды, применения в учебном процессе мультимедийного обучающего модуля «Стандартные фразы», обеспечивающего работу зрительной, слуховой и моторной памяти при запоминании специальной терминологии, а также апробирования комплекса упражнений при выполнении аудиторных практических работ, обеспечивающего развитие долговременной памяти студентов-судоводителей. Алгоритмы работы с разделами «Справочник» и «Тестирование» модуля «Стандартные фразы» помогают организовать работу по формированию лексических знаний в области английского морского языка и приобретению практических речевых навыков. Сделан вывод о том, что специфическая образовательная среда, систематическое внерение IT технологий, современных методов и приёмов обучения английскому морскому языку, организация различных видов и форм внеаудиторных занятий значительно повышают качество усвоения языкового материала и его действенность в речи. Это позволяет реализовывать требования стандарта специальности и Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты, принятой в Лондоне в 1995 году, и формировать судоводителя как социально-профессиональную личность, которая будет способна к продуктивному владению иностранным языком как средством решения профессиональных задач в поликультурной среде.
Ключевые слова
Основной задачей статьи является разработка фрикционной системы защиты ворот шлюза от навала судна. Указывается на уязвимость шлюза как элемента напорного фронта гидроузла на внутренних водных путях России. Выявляются последствия навала судна на ворота нижней головы шлюза, а также последствия её смещения. Приводятся несколько случаев аварий. Представлен расчет ударных нагрузок на ворота на примере судна водоизмещением 3920 т. Приводится краткий обзор существующих предохранительных устройств. Перечисляются серьезные недостатки различных вариантов конструкции. Рассматриваются факторы, снижающие эффективность в работе устройств. Подробно рассмотрены недостатки предохранительного устройства с использованием гидроцилиндров как одного из самых распространенных. Рассматриваются усилия в заградительном органе системы защиты от навала судна на примере проекта Каневского шлюза. Перечисляются условия остановки судна, приводится расчет характеристик системы гашения энергии судна с построением соответствующих графиков. Выполнен расчет длины пути торможения в зависимости от изменения конструктивных параметров устройства. Представленная фрикционная система учитывает недостатки существующих предохранительных устройств и позволяет регулировать тормозные усилия и удлинять путь торможения. Рассматриваются способы наводки гибкого заграждения со сменой положения в зависимости от уровня воды в камере шлюза. Сделаны выводы о возможности использования на существующих судоходных шлюзах России новой конструкции предохранительного устройства, её эксплуатационной эффективности, преимуществах по сравнению с другими системами защиты ворот шлюза от навала судна.
Ключевые слова
Судоходные шлюзы Волгоградского гидроузла эксплуатируются более 55 лет, при этом железобетонные конструкции гидротехнического сооружения подвергаются воздействию различных нагрузок, изменяющихся во времени. Контрольно-измерительная аппаратура, установленная на шлюзах, морально и физически устарела, часть её вышла из строя, с момента проектирования и строительства шлюзов изменились и нормативные требования, регламентирующие надежную работу шлюзов. Для оценки реального состояния железобетонных конструкций было выполнено детальное исследование свойств бетона камер шлюзов. Использовались две группы методов: выбуривание и лабораторные испытания контрольных образцов бетона (кернов) и методы неразрушающего исследования. Для верхней и нижней камер шлюза № 31 определялась прочность и защитные свойства бетона, степень коррозии арматуры. Установлено, что в большинстве образцов прочность бетона превышает проектную, пониженная прочность бетона выявлена на участках, подверженных выщелачиванию и морозной деструкции. Бетон строительных конструкций верхней и нижней камер шлюза № 31 не карбонизирован. Конструктивная арматура частично корродированна, на рабочей арматуре коррозии нет. При наличии в стенах камер достаточного количества дефектов, связанных с разуплотнением и разрушением поверхностных зон бетона, зоны слабого бетона не превышают глубины в 20 - 40 см. За 55 лет эксплуатации бетон конструкций лишь упрочнился.
Ключевые слова
Гидромеханизированная подводная разработка полезных ископаемых получила в мире довольно большое распространение, при этом наиболее значительные объемы приходятся на добычу строительных горных пород. В Российской Федерации с помощью землесосных снарядов в основном разрабатываются месторождения песка и песчано-гравийных материалов. Данные полезные ископаемые потребляются в больших объемах при ведении различных видов строительных работ, а также в качестве сырья для производства многих строительных материалов. В Приморском крае значительная часть песка и песчано-гравийных материалов добываются из русловых или обводненных месторождений. В статье отмечаются преимущества подводной добычи рыхлых строительных горных пород в сравнении с открытым способом разработки. Приводятся данные по маркам и основным параметрам землесосных снарядов, применяемых на разработке русловых и обводненных месторождений в Приморском крае. Основные объекты для подводной добычи полезных ископаемых расположены в бассейне реки Раздольная на юге Приморского края. В работе представлены данные по климатическим условиям района разработки, количеству и наименованиям предприятий, ведущих подводную разработку, числу осваиваемых ими месторождений и участков, а также информация о длительности сезона добычных работ. Приводятся основные элементы системы подводной разработки строительных горных пород, определяемые горно-геологическими условиями залегания полезных ископаемых и гидрологией разрабатываемых участков. Дается информация по применяемому транспортному, перегрузочному и вспомогательному оборудованию, и последовательности формирования карт намыва полезных ископаемых. Указываются технологические отличия и особенности разработки обводненных месторождений в сравнении с русловыми месторождениями.
Ключевые слова
В данной статье рассматривается новый алгоритм преобразования плоских прямоугольных координат в проекции Гаусса-Крюгера из одной зоны в другую зону. Как известно, 7 апреля 1946 г. Постановлением № 760 Совета Министров была введена единая система геодезических координат и высот в топографо-геодезических и картографических работах (СК-42) в СССР. Ещё до введения этой системы координат советские учёные-геодезисты решали вопрос о выборе равноугольной картографической проекции для перехода с эллипсоида вращения на плоскость, т. е. от геодезических координат к плоским прямоугольным координатам. В связи с имевшейся в то время острой необходимостью создания точных топографических карт на всю территорию страны выбор пал на поперечно-цилиндрическую равноугольную проекцию Гаусса, которую впоследствии стали называть проекцией Гаусса-Крюгера. Высокая точность картографических изображений в этой проекции достигается путём применения узких по долготе, в основном 6-градусных, зон. До сих пор на территорию Российской Федерации, правопреемника СССР, выпадает более 28 таких 6-градусных зон. При решении геодезических задач на стыке смежных координатных зон возникает необходимость преобразования плоских прямоугольных координат из зоны в зону, т. е. из одной плоской прямоугольной системы координат в другую плоскую прямоугольную систему координат. Ситуация усугубляется тем, что не существует алгоритма непосредственного перехода из одной плоской прямоугольной системы координат в другую плоскую прямоугольную систему координат, построенных в проекции Гаусса-Крюгера. Приходится обращаться к геодезической системе координат, заданной на эллипсоиде вращения и являющейся общей для двух сопоставляемых плоских прямоугольных систем координат. Попытка использования геометрического преобразования плоских прямоугольных координат в смежную зону приводит к ограничению долготного интервала, в котором задача имеет приближенное решение. При обработке геодезических материалов, связанных с протяжёнными по долготе объектами, преобразование плоских прямоугольных координат из зоны в зону через геодезические координаты ограничивается точностью алгоритмов преобразования геодезических координат в плоские прямоугольные координаты и обратно. В данной работе предлагается алгоритм преобразования плоских прямоугольных координат в проекции Гаусса-Крюгера из одной зоны в другую зону, не зависящий в пределах Российской Федерации от ширины зон, пригодный для любого эллипсоида вращения, единственным аргументом в котором является долгота осевого меридиана новой зоны.
Ключевые слова
Статья посвящена проблеме разработки количественных показателей и методик формализованной оценки безопасности акватории Северного морского пути (СМП), принципы которой сформулированы в документах Международной морской организации и Полярном кодексе. Рассмотрены особенности полярного судоходства и определены основные источники риска навигационных происшествий в арктических морях. Приведены результаты анализа методов оценки риска навигационных происшествий, основанных на использовании мировой и региональной статистики морских происшествий. Оценена репрезентативность статистики навигационных происшествий, относящаяся к морям арктического бассейна. Установлена взаимосвязь между частотой навигационных происшествий и «стесненностью» акватории. Термин «стесненность» акватории, который обычно используется применительно к плаванию судов в узкостях и на мелководье, предложено использовать в качестве обобщенной характеристики всей акватории СМП и отдельных ее частей. Для определения степени «стесненности» акватории предложено использовать метод, основанный на теории геометрических вероятностей. Приведены примеры эффективного использования теории геометрических вероятностей при решении практических задач гидрографии и дешифровки изображений. Утверждается, что использование теории геометрических вероятностей позволяет задачу количественной оценки «стесненности» акватории свести к задаче о пересечении прямых линий с кривыми на плоскости. В качестве количественной меры «стесненности» акватории автор предложил использовать вероятность пересечения маршрутов судна с навигационными опасностями. Приводятся основные формулы и соотношения, позволяющие рассчитать искомую вероятность аналитически для двух вариантов направления судовых потоков, включающих в себя изотропное множество маршрутов и анизотропное. В заключении дана общая оценка предложенного метода и определены направления его совершенствования.
Ключевые слова
Целью исследования в данной статье является корректировка нормативной документации, связанной с назначением запаса отметки гребня бетонных плотин относительно форсированного подпорного уровня. В современном своде правил (СП 40.13330.2012 «Плотины бетонные и железобетонные») запасы назначаются только исходя из класса гидротехнического сооружения. Основной идеей статьи является дифференцирование запасов отметки гребня плотин не только по классу, но и по паводкам, аккумуляция и пропуск которых возможны на этих гидроузлах. Для обоснования этой идеи в статье анализируются наиболее крупные паводки последних лет, прошедших на территории Российской Федерации: это - наводнение на р. Зея в 2007 г., наводнение на р. Амур в 2013 г., наводнение 2014 г. в бассейне Верхней Оби. Приводится анализ запасов гидроузлов согласно современной нормативной документации. Для понимания истории возникновения этих запасов рассматриваются также устаревшие редакции норм и правил проектирования бетонных и железобетонных плотин. Рассмотрены гидрографы рек территории бывшего Советского Союза. Анализируется показатель отношения площади водохранилища к его объёму. Предлагается, кроме запасов отметки гребня по классу, ввести дополнительную дифференцированную систему запасов отметки гребня плотины, основанную на отношении площади водохранилища к его объёму. Делается вывод о возможности применения такой системы в новой редакции строительных норм и правил, а также о необходимости обсуждения этого вопроса другими специалистами в области гидротехнического строительства.
Ключевые слова
Статья посвящена описанию процесса создания лабораторной установки - прибора Дарси. Данный прибор необходим для того, чтобы получить возможность проведения более детальных исследований в области изучения фильтрационных свойств комбинированной щебеночно-песчаной смеси. Изучение фильтрационных свойств смеси, которая представляет собой не единую субстанцию, а состоит из комбинации двух различных смесей, представляет особый интерес, так как лабораторные испытания по выяснению коэффициента фильтрации такой смеси ранее не проводились. Результаты эксперимента, т. е. вычисление коэффициента фильтрации комбинированной щебеночно-песчаной смеси дает возможность практического их применения при проектировании, строительстве, эксплуатации и реконструкции грунтовых гидротехнических сооружений. Рассмотрены некоторые существующие способы определения коэффициента фильтрации проницаемого грунта. Проанализирована эффективность и возможность применения каждого из существующих способов для определения фильтрационных свойств комбинированной щебеночно-песчаной смеси. Для достижения поставленной цели выбран лабораторный метод определения фильтрационных свойств с помощью прибора Дарси как метод, дающий наиболее точные и достоверные ответы на поставленные вопросы. Изложена история прибора Дарси и приведен линейный закон фильтрации в качестве основной функциональной зависимости, описывающей фильтрационный процесс. Представлена конструкция лабораторной установки, сделано описание конструктивных узлов и элементов, описана технология проведения эксперимента, приведены практические рекомендации по планированию и проведению подобных экспериментов.
Ключевые слова
В статье рассматривается вопрос о бункеровке судов сжиженным природным газом, использующимся в качестве судового топлива. Отмечается, что экономическая и экологическая составляющие предопределяют расширение применения газа в качестве топлива на судах. Морское судоходство наносит большой вред окружающей среде. Суда сжигают тяжелое топливо и выделяют большое количество частиц сажи, оксиды серы и оксиды азота, которые опасны как для здоровья, так и для окружающей среды. При этом негативный баланс оксида углерода составляет приблизительно 1 млрд т или 4,5 % мирового выброса двуокиси углерода. Борьба за нулевые выбросы идет по всем направлениям. С 2015 г. ограничено содержание серы в судовом топливе. В 2016 г. для новых судов ограничено содержание оксидов азота. Использование сжиженного природного газа в качестве топлива главных судовых двигателей, а также для производства электроэнергии с целью обеспечения нужд на судах во время стоянки в портах позволяет сдерживать рост загрязнения и выполнять ужесточающиеся экологические ограничения Международной морской организации (IMO), действующей под эгидой ООН. Экологический аспект перехода на использование сжиженного природного газа является определяющим при выборе конкретного пути выполнения требований конвенции Marpol. Экономические преимущества сжиженного газа позволяют в приемлемые сроки окупить затраты на приспособление судна к работе на СПГ, технологическое оборудование и стоимость бункеровки. Достаточно серьезной проблемой является вопрос создания инфраструктуры по бункеровочным операциям. Делается вывод по предпочтительности использования судов-бункеровщиков как более мобильные и безопасные средства для доставки газового топлива от береговых хранилищ или судов-накопителей. Приводятся примеры строительства специальных судов и терминалов.
Ключевые слова
Рассмотрена возможность использования теплового насоса и теплообменного аппарата в системе отопления судна. Эффективное замещение в топливном балансе систем судового теплоснабжения ископаемых видов топлива на практически неисчерпаемые ресурсы низкопотенциального тепла возобновляемых и вторичных источников с использованием теплонасосной установки является актуальным направлением энергосбережения и охраны окружающей среды. Показан принцип работы теплонасосной установки, утилизирующей низкопотенциальные вторичные тепловые ресурсы главного двигателя. Особенностью использования теплового насоса является то, что источник вторичной теплоты имеет болеевысокую температуру, чем потребитель. Энергетическая эффективность главных судовых установок может быть повышена более полной утилизацией вторичных энергоресурсов за счет применения тепловых насосов. Проведен анализ возможности обеспечения теплом судовых потребителей на ходовом режиме судна при использовании теплонасосной установки, утилизирующей низкопотенциальные вторичные тепловые ресурсы главного двигателя. Предложенный вариант применения теплонасосной установки в качестве альтернативного источника получения тепла на судне позволило бы, во-первых, утилизировать сбрасываемую теплоту дизеля, уменьшая тем самым тепловое загрязнение окружающей среды, во-вторых, отказаться от работы вспомогательного котла на ходовом и, возможно, стояночном режимах судна, а, следовательно, сэкономить невозобновляемые источники энергии. Доказано, что внедрение теплонасосных систем теплохолодоснабжения является весьма эффективным инструментом энергосбережения для судов морского флота, позволяющим не только обеспечить экономию энергоресурсов у потребителя, но и существенным образом снизить нагрузку на централизованную систему энергосбережения судна, а также сократить выбросы в окружающую атмосферу продуктов сгорания традиционного органического топлива.
Ключевые слова
В статье приводятся результаты экспериментального исследования причин образования задиров в деталях цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, у которых поршень изготовлен из отливки сплава АК12М2МгН (АЛ25) ГОСТ 1583-93. Поршневой сплав АК12М2МгН (АЛ25) относится к эвтектическим легированным силуминам, и при температуре 750 °С все компоненты сплава находятся в жидком виде. При затвердевании сложнолегированного сплава АК12М2МгН (АЛ25) в отливке возникает химическая неоднородность в направлении оси поршня сверху вниз, в радиальном направлении от наружной поверхности к центру, при движении по окружности в горизонтальном сечении. В объеме поршня отклонение по химическому составу от ковшевой пробы по кремнию составляет 24,6 %, по меди - 24 %, по марганцу - 148 %, по железу - 492 %. Ликвация приводит к изменению механических и физических свойств металла: плотности, коэффициента термического расширения, теплопроводности, вызовет различную величину теплового зазора между поршнем и втулкой от головки до юбки. Возникновение задира в цилиндропоршневой группе является результатом воздействия нескольких факторов, способствующих снижению теплового зазора между втулкой и поршнем за счет некачественной сборки цилиндропоршневой группы, низкого качества поршневых колец, неправильной настройки топливной аппаратуры, нарушение теплового режима обкатки двигателя при переходе на повышенную мощность. Снижение влияния ликвации на однородность свойств в пределах поршня возможно при объемной кристаллизации при повышении равномерности структуры за счет снижения перегрева металла над линией ликвидус и уменьшении выдержки металла на стенде перед разливкой. Термическая обработка не устраняет эффект от ликвации, но стабилизирует размеры поршня при циклических перегревах.
Ключевые слова
Вопрос о целесообразности применении высоковольтных электростанций для судов с системами электродвижения (СЭД) мощностью более 15 МВт весьма актуален и решается на стадии проектирования судна. В статье проведен анализ применения низковольтных электростанций в составе единых электроэнергетических систем (ЕЭЭС) с СЭД мощностью свыше 16 МВт. На примере судна-снабженца рассмотрены два варианта схемотехнических решений построения ЕЭЭС с СЭД с использованием низковольтного и высоковольтного оборудования. Для вышеуказанных вариантов приведены массы и габариты главных распределительных устройств (ГРУ) и кабельных трасс для участков между наиболее мощными потребителями ЕЭЭС. Представлен краткий сравнительный анализ низковольтных и высоковольтных судовых электростанций (СЭС), рассмотрены основные преимущества высоковольтных СЭС, среди которых следует отметить снижение токов главных дизель-генераторов (ГДГ) и сборных шин, значительное уменьшение токов короткого замыкания, снижение сечения и массы кабельных трасс, улучшение массогабаритных показателей ГРУ, уменьшение количества секций распределительных щитов и автоматических выключателей. Дана оценка влияния уровня напряжения на технико-эксплуатационные показатели оборудования. Указаны причины, благодаря которым в настоящее время низковольтные СЭС на судах с СЭД мощностью от 10 до 16 МВт имеют более широкое распространение, чем высоковольтные. Указаны основные недостатки применения высоковольтных электростанций. Проведен первичный критериальный анализ мощности электростанции, позволяющий определить целесообразность применения высоковольтной ЕЭЭС. На основе результатов сравнения двух вариантов исполнения ЕЭЭС с СЭД показано, что применение высоковольтной СЭС на 6,3 кВ является технически обоснованным и перспективным и имеет ряд существенных преимуществ.
Ключевые слова
Удовые спутниковые средства связи ГМССБ и размещаемое на судах дополнительное оборудование не обеспечивают связь в северных широтах. В статье анализируются возможности спутниковой системы ИНМАРСАТ, исследуется текущее состояние системы. Представлены примеры реализации терминалов, показан терминал ИНМАРСАТ mini-C, широкополосный терминал для работы со спутниками четвертого поколения в сети ИНТЕРНЕТ. Сделан вывод о невозможности работы системы в высоких широтах, приводятся основные направления модернизации системы связи в высоких широтах. Рассматриваются три варианта создания спутниковой связи на судах для устранения этого недостатка. Анализируются возможности системы МЕРИДИАН для судовой связи в морских районах плавания А3/А4 ГМССБ. Предлагается совместное использование ИНМАРСАТ и модернизированной высокоэллиптической спутниковой системы для судовой связи в морских районах плавания А3/А4 ГМССБ. Отмечается, что совместное использование действующих спутниковых систем связи ИНМАРСАТ и системы связи ИРИДИУМ также решает проблему связи для судов в высоких широтах. Сформулирован вывод о целесообразности использования дополнительного оборудования для морских районов плавания А1 и А2 ГМССБ в виде мобильных терминалов спутниковых систем.
Ключевые слова
В статье рассмотрена единая электроэнергетическая система танкера ледового класса, в состав которой входит гребная электрическая установка переменно-переменного тока с преобразователями частоты с промежуточным звеном постоянного тока и гребными синхронными электродвигателями. Танкер снабжен двумя винторулевыми колонками типа Azipod. Представлены схемы главного тока и системы автоматического управления гребной электрической установки в режимах стабилизации частоты вращения и мощности гребного электродвигателя. Рассмотрена топология модульного преобразователя частоты среднего напряжения ACS 6000 концерна AAB, использующего мощные полупроводниковые ключи (IGCT - запираемый тиристор с интегрированным блоком управления). Их использование позволяет получить менее сложный, более эффективный и надежный привод среднего напряжения с уменьшением расходов на эксплуатацию и обслуживание. Рассмотрен алгоритм прямого управления моментом синхронного гребного электродвигателя, основными достоинствами которого, по сравнению с векторным управлением, являются более простая программная реализация и обеспечение большего быстродействия. Рассмотрены способы торможения танкера: без реверса гребного электродвигателя посредством разворота винторулевой колонки и с реверсом гребного электродвигателя. Первый способ является более целесообразным с точки зрения требуемой мощности тормозных резисторов. Для перераспределения тормозной энергии перспективным направлением является исполнение единой электроэнергетической системы танкера ледового класса на базе сети постоянного тока. В статье произведен расчет и выбор тормозных резисторов преобразователя частоты гребной электрической установки танкера ледового класса при торможении судна посредством разворота винторулевой колонки.
Ключевые слова
В статье показано, что оптимальное проектирование современной автоматизированной судовой электроэнергетической системы в существенной мере определяется тем, насколько точно учтены при этом особенности переходных процессов при аварийных коротких замыканиях в сети и, в частности, при близких к судовым генераторным агрегатам повреждениях. Выявлено и подтверждено, что каждое многофазное замыкание является, в той или иной мере, неодновременным. В автономных (судовых, корабельных) электроэнергетических системах типичными особенностями неодновременных (последовательных) замыканий являются повышенные ударные токи и задержки прохождения токов через нуль. В данной статье разработана методика расчетов токов коротких замыканий с учетом сопротивления электрической дуги в судовых электроэнергетических системах, которая позволяет повысить их электро- и пожаробезопасность. Рассмотрено существенное влияние на величину тока короткого замыкания в судовых электроэнергетических системах сопротивления электрической дуги в месте короткого замыкания на судне, которое возрастает с увеличением отношения длины дуги в метрах к расчетному напряжению судовой сети в киловольтах, а также с увеличением активного сопротивления участка электрической сети до места короткого замыкания. Выполнены расчеты токов коротких замыканий с учетом сопротивления электрической дуги для судовых электроэнергетических систем с номинальными напряжениями 220, 380 и 500 В. В судовой электроэнергетике предложена новая формула, расчеты по которой позволяют получать однозначные и точные значения сопротивления электрической дуги. Подтверждено, что формула может быть использована для расчетов сопротивления электрической дуги в судовых электроэнергетических системах любого напряжения.
Ключевые слова
Предложен способ повышения точности распределения нагрузки параллельно работающих генераторных агрегатов автономной электроэнергетической системы, использующих в качестве первичных газовые или газодизельные двигатели, характеризующиеся нестабильностью оборотов в статических и особенно динамических режимах. Способ основан на контроле углового положения роторов генераторных агрегатов. Произведено аналитическое исследование по запасу устойчивости исследуемых систем при контроле углового положения роторов и без него. Предложена реализация описанного подхода, представлены результаты моделирования. Рассматривается актуальная задача разработки методов и средств исследования параллельной работы двух и более газодизель-генераторных агрегатов в составе автономной электроэнергетической системы буровой установки, где использование подобных устройств является перспективным и востребованным, но трудноосуществимым в связи с высокой зависимостью частоты тока, генерируемого подобными агрегатами от нагрузки и свойств топлива. Была разработана уточнённая модель газодизель-генератора, позволяющая исследовать процессы колебания его скорости и разрабатывать принципы эффективного управления ею. Это позволяет не только обеспечить работу газодизель-генераторных агрегатов в многогенераторных автономных электроэнергетических системах, но и, как следствие, осуществлять эффективное управление параметрами электроэнергии в автономной электроэнергетике, разрабатывать средства и методы обеспечения необходимых показателей качества электроэнергии в многогенераторных электроэнергетических системах, использующих в качестве источников энергии газодизель-генераторные агрегаты.
Ключевые слова
Рассматривается апериодическое управление устойчивыми и неустойчивыми динамическими объектами на водном транспорте на основе дискретных математических моделей, представленных уравнениями в пространстве состояний, и его использование для решения задач прогноза. Способы и алгоритмы апериодического управления позволяют для класса наблюдаемых и управляемых объектов получить численные решения двухточечных граничных задач с обеспечением минимальной энергии на управление. В отличие от изложенного ранее метода экономии энергии на основе апериодического управления, предлагается в вычислительный алгоритм встроить процедуру оптимизации, реализуемую средствами квадратичного программирования, содержащимися, например, в инструментарии MATLAB, что позволяет ввести ограничения на вектор переменных состояния и управления и, следовательно, использовать апериодическое управление для построения прогнозирующих моделей. Для повышения эффективности расчетов в вычислительном алгоритме апериодического управления применена матрица академика А. Н. Крылова. Прогнозирующие модели на базе апериодического управления могут служить мощным теоретически обоснованным средством принятия оптимальных решений, полученных путем проведения многовариантного машинного эксперимента при изменении внешних условий и параметров объекта. Предлагаемые прогнозирующие модели на основе апериодического управления можно использовать в качестве дополнения к решениям, реализуемым с помощью класса прогнозирующих моделей численной оптимизации - Model Predictive Control (МРС), требующих больших объемов пошаговых вычислений в режиме реального времени. Приведены примеры апериодического управления динамическими объектами на водном транспорте с применением квадратичного программирования.
Ключевые слова
В статье предложено рассмотрение вопросов надежности и качества судового электромеханического оборудования в части реализации задач функциональной диагностики и прогнозирования рисков их ухудшения на базе статистической концепции теории надежности. Реализация этого подхода позволит принимать более эффективные упреждающие управленческие решения по сравнению с традиционной практикой реагировать на уже случившиеся отказы техники. При этом непрерывная статистическая обработка основных параметров технологических процессов должна осуществляться непосредственно на борту судов и обеспечивать накопление данных всей предыстории текущих событий для анализа опасных тенденций их изменений (эволюции). Это положение соответствует требованиям Российского морского регистра судоходства к системе мониторинга механических установок на судах. Для достижения этой цели существует достаточно полный набор первичных датчиков, средства преобразования измерений в цифровой формат и соответствующие вычислительные ресурсы для их обработки. На судах уже эксплуатируются бортовые информационно-коммуникационные системы передачи текущих данных вахтенным операторам, смежным системам автоматизированного управления в системы регистрации аварийных ситуаций («черный ящик») и другим судовым потребителям информации. Однако необходимо дополнительно обеспечить экипажи судов результатами статистической обработки текущих параметров технологических процессов с учетом анализа всех предыдущих приборно-измеряемых данных. В статье обсуждаются способы хранения этих данных на судах в «статистически упакованном» виде и машинные методы их обработки с использованием ЭВМ. Объективный приборный контроль и автоматическое прогнозирование опасных тенденций ухудшения технического состояния судового оборудования обеспечит руководство судовладельческих компаний и командование экипажей возможностью своевременного планирования текущих задач эксплуатации, включая использование судов по прямому назначению и проведение ремонтно-восстановительных работ по фактическому состоянию техники. Кроме того, повысится безопасность мореплавания, снизятся сроки и стоимость технического обслуживания судов. Указанное направление исследований особенно важно для судов Арктического района плавания, для которых характерны повышенные требования к живучести судов и безопасности мореплавания, функционирование техники в условиях суровой природной среды и значительной удаленности от средств берегового обеспечения.