Проаналізовано складові водотоннажності порожньому сучасних танкерів, побудованих під наглядом вітчизняних і зарубіжних класифікаційних товариств. Отримано статистичні залежності, що дозволяють на початковому етапі проектування визначити складові навантаження мас танкера. Проведено аналіз отриманих результатів і перевірена їх адекватність. Бібліогр. 3.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Кочнев Юрій Олександрович


The components light-ship displacement of the modern tankers, constructed on supervision of domestic and foreign classification societies are analyzed. The statistical dependences allowing at the initial stage of designing to define components mass load of the tanker are received. The analysis of the received results is carried out and their adequacy is checked up.


Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету. Серія: Морська техніка і технологія


    Наукова стаття на тему 'Математична модель розрахунку маси танкера змішаного (річка-море) плавання'

    Текст наукової роботи на тему «Математична модель розрахунку маси танкера змішаного (річка-море) плавання»

    ?СУДНОБУДУВАННЯ, СУДОРЕМОНТ І ЕКСПЛУАТАЦІЯ ФЛОТУ

    УДК 629.122.456.001.2

    Ю. А. Кочнев

    МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РОЗРАХУНКУ МАСИ танкер змішаного (РІКА-МОРЕ) ПЛАВАННЯ

    Розрахунок навантаження мас проводиться на всіх етапах проектування судна. Однак в стадії технічного проекту значення маси беруться безпосередньо з робочих креслень, а на початковому етапі проектування можливі два варіанти: використання судна-прототипу і статистичних залежностей, отриманих шляхом обробки складових мас різних судів.

    Перший підхід застосовується, якщо є близьке судно-прототип. При його відсутності при істотній відмінності даної конструкції для найбільш точного визначення маси необхідно застосування статистичних залежностей, які враховують ці відмінності. Такі залежності для визначення основних мас нафтоналивних суден представлені нижче. Для отримання залежностей були проаналізовані елементи і характеристики сучасних танкерів змішаного (річка-море) плавання. З метою збільшити статистичну базу в неї були включені близькі по размерениям суду обмежених районів плавання. Елементи і характеристики розглянутих судів представлені в табл. 1. Архітектурно конструктивний тип розглянутих танкерів характеризується кормовим розташуванням машинного відділення і надбудови, носовою підрулюючим пристроєм, баком і ютом. Усі судна мають подвійне дно і подвійні борти. Проект 1677М обладнаний окремим насосним відділенням, інші мають заглибні вантажні насоси. Проекти судів спроектовані за правилами Російського морського регістра судноплавства, Німецького Ллойда, Det Norske Veritas.

    Таблиця 1

    Елементи і характеристики танкерів

    Проект L, м B, м H, м T, м 6 Водотоннажність, т N, кВт v, уз DW, т Клас Кількість двигунів Кількість місць для екіпажу

    19612 139 16,6 7,4 5,09 0,893 10 488 1 860 10 7970 R1 2 15

    19614 139 16,6 6,1 3,74 0,898 7 749 1 860 10 5600 R2-RSN 2 14

    19619 147,6 17,3 10,5 7,14 0,936 17 140 3 240 10 13470 R1 2 30

    17103 134,1 16,6 6,1 3,86 0,893 7 670 1 860 10 5420 R2-RSN 2 16

    4450 81,78 15,7 7,8 5,75 0,801 5 914 2 480 12,5 4450 GL 1 13

    RST22 134,5 16,6 6 4,6 0,883 9 069 2 400 10,5 6900 R2 2 ВРК 14

    249005 75 15,7 7,8 5,5 0,788 5 103 2 000 11,5 3400 R0 1 10

    1677 120,6 16,6 6,9 4,15 0,868 7 209 2 200 11,3 4987 R2-RSN 2 28

    00210 146,2 17,3 10,1 6,81 0,885 15 770 2 400 10,3 12370 R1 1 20

    00216 139,9 16,7 6,4 4,08 0,944 8 800 2 388 10 6600 R2-RSN 2 ВРК 12

    00250 133,4 17,3 8,3 5,2 0,932 11 760 2 280 11,2 8671 GL 1 16

    Складові навантаження мас представлені у відповідності до розділів ОСТ 5Р.0206-2002 [1], але т. К. Розділ «Корпус» становить 0,74 ... 0,81 водотоннажності судна порожньому, його маса визначається сумою мас груп, що входять в нього.

    Розрахунок маси групи «Корпус металевий» доцільно проводити постатейно, спроектувавши корпус судна. Цей метод може бути реалізований у вигляді розробки спеціалізованого програмного забезпечення. В цьому випадку з маси металевого корпусу доцільно виділити масу надбудови. Залежно від етапу проектування, наявних даних по судну, а також часу на розрахунок можна запропонувати два методу оцінки маси надбудови. Перший - найбільш простий, базується на використанні відповідних модулів і вимірників маси, але дає великі похибки.

    Маса надбудови, яка припадає на 1-го члена екіпажу, може бути розрахована наступним чином:

    М = 0,260 • ^ - 0,912 ± 2,805, (1)

    пек пек

    де 5об - загальна площа надбудови, яка є сумою житлової площі і площ шахт, службових приміщень (агрегатних, приміщення аварійного дизель-генератора і т. п.), м2; пек - кількість місць для екіпажу, чол.

    Більш точно масу металу надбудови можна визначити другим методом, представивши її як суму мас основних конструктивних елементів. Такими елементами, відповідно до [2], є зовнішні стінки, палуби, вигородки, перехідні містки, щогли і кожухи димових труб. Розділивши масу надбудови на дані складові і розраховуючи кожну через власні модулі, можна домогтися зниження похибки у порівнянні з формулою (1).

    Маса одного м2 стінок з набором в залежності від площі стінок може бути представлена ​​ступеневою функцією

    Мс = 654,5 • 5_1,57, (2)

    де Мс - маса 1 м2 стінок надбудови; 5 - площа зовнішніх стінок надбудови (в дану площу не включені площі стінок юта).

    Питома маса палуб надбудови, що представляє собою відношення маси палуб до загальної площі надбудови, може бути розрахована за виразом:

    - при наявності у неї відкритих палуб:

    МП1 = 0,154 -1,159 • 5об • 10-4 ± 0,005, (3)

    - при відсутності відкритих палуб:

    Мп2 = 0,159 - 2,182 • 5об-10-4 ± 0,005, (4)

    де Мш- - питома маса палуб надбудови.

    Масу вигородок в надбудові танкера можна визначити за формулою

    Мв =% • I • І,

    де% - маса 1 м2; I - довжина вигородок всередині надбудови судна; І - висота ярусу надбудови.

    Маса 1 м2 вигородки в середньому становить при використанні гофрованого прокату

    0,028 т, при використанні плоских листів з набором - 0,053 т.

    Довжина вигородок враховує розміщення в надбудові житлових, громадських, санітарно-гігієнічних, службових і виробничих відвідувань на всіх ярусах надбудови, включаючи ють.

    Залежність вимірника маси перехідного містка для доступу в носову частину і вантажну зону танкера визначається аналітично по формулі

    М 3

    -5 ^ = 1,109 - 6,115 • Ь 10-3 ± 0,089, (5)

    Ь

    де Мп.м - маса перехідного містка; Ь - розрахункова довжина судна.

    Маса щогл і кожухів димових труб судна становить не більше 14% загальної маси надбудови. Наближено оцінити їх маси можна, використовуючи такі вирази:

    - маса щогл

    М ^ = 0,302-4,499 • Ь-10-3 ± 0,086, (6)

    В

    де В - розрахункова ширина судна;

    - маса кожухів димових труб

    М 7

    -п ^ = 0,111 - 5,177 • ЬВН • 10-7 ± 0,05, ХМ

    (7)

    де ХМ - маса стінок, палуб і вигородок надбудови; ЬВН - кубічний модуль.

    Нижче наведено залежності інших підгруп групи «Корпус металевий».

    Значною мірою на масу фундаментів і підкріплень впливає потужність головних двигунів (И, кВт). Маса цієї підгрупи для суден класу Я2-Я8К може бути визначена за формулою

    Слушні речі розподілені по всій довжині судна, але найбільша їх частина знаходиться в районі надбудови, і її ярусность впливає на масу слушних речей. Аналіз показав, що найменші похибки будуть при використанні модуля Мдв = ЬВН / Вм>. Вимірювач маси може бути визначений наступними статечними функціями для 2- і 3-ярусної надбудови:

    Однак ОСТ 5Р.0206-2002 рекомендує враховувати масу неметалевих частин корпусу. На сучасних нафтоналивних судах ця величина становить не більше 1 т або зовсім відсутня, тому цю складову на етапі обґрунтування головних розміреним можна не враховувати.

    Маса груп 0105 «Покриття та фарбування» і 0106 «Ізоляція і зашивання» об'єднані, оскільки розраховуються через однаковий модуль - кількість місць для екіпажу, рекомендований як найкращий [3]. Аналітичний вираз цієї залежності має вигляд

    Маса повітря в корпусі судна може бути визначена за формулою, наведеною в [2]. Однак в ній використовується величина водотоннажності порожньому, знайти яке є однією з цілей пропонованих залежностей. Масу повітря в корпусі судна, віднесену до дедвейту, можна пов'язувати з розміреннями судна або залежної від них величиною дедвейту і визначати статистично. Ця залежність може бути представлена ​​формулою

    Маса обладнання приміщень і постів пов'язана з розмірами надбудови, які можуть бути визначені через вантажопідйомність і чисельність екіпажу танкера. залежність вимірю-

    На сучасних танкерах в якості рушійних комплексу застосовуються як традиційні гвинт і перо керма, так і поворотні вінторулевие колонки. Оскільки при установці на судно останніх окреме рульовий пристрій відсутній, масу суднових пристроїв доцільно представити у вигляді суми двох мас:

    Рф = 1,344 • N -10 -2.

    Для судів класів Я1 і К2 залежність Рф = / (N) має вигляд

    (8)

    (9)

    Р

    удв = ^ н! Р ~ = 177,44 • (ЬВН / ^^) - 2,607 ± 1,643 при 2-ярусної надбудові;

    (10)

    Р

    Уд в =? Чи * = 284,085 • (ЬВН / ^) - 2,957 ± 2,202 при 3-ярусної надбудові.

    (11)

    (12)

    теля маси Роборе / може бути визначена за формулою

    Роборе = (5,444 - 6,4 Е>и / ПЖ • 10-3 ± 0,425)

    Dw • Ю-3.

    (13)

    де Рр.у - маса рульового пристрою (при його наявності); Ру - маса залишилися пристроїв,

    за вирахуванням рульового пристрою.

    Маса рульового пристрою може бути визначена з використанням в якості модуля

    ЬТу 2, який, з одного боку, побічно відображає вплив на керованість площі діаметральної батокси, а з іншого - швидкості ходу судна. Вимірювач маси може розраховуватися за такими формулами:

    - при одній рульової машині:

    РРУ (I 2 \ -0,382, 3

    р.у - I 1 / I Л (\ С. I Т 7Л, 2 4 П ПП "70 1 П-3

    Ур у = = | 14,496 • (ьТу2) "0,382 ± 0,0078 '] • 10-3, (15)

    при двох рульових машинах:

    Рр.у (----. (---- Про V0

    'Р.у ~ тгг..2

    Ур у = = (17,164 • (ьТу2 I-0,417 ± 0,00671 • 10-3. (16)

    р.у ЬТу2 V)

    Масу інших суднових пристроїв Ру можна визначати через модуль 534ВТ, використання якого, як показав аналіз, дає найменші похибки статистичної залежності. Хоча даний модуль найбільш часто застосовується при розрахунку маси якірного і швартовного буксирного пристроїв, його можна використовувати для розрахунку всієї величини Ру. Маса суднових пристроїв може бути розрахована за формулою

    Ру = (0,265 + 0,949 ± 0,298) б3 / 4Вт, (17)

    де параметр 5 визначається виразом

    о3 / 4 ВТ

    5 = 2,616 --------- 1,04. (18)

    100

    Маса суднових систем розглядається для танкерів двох типів: з відносно великим умовним коефіцієнтом утилізації обсягу (ЬВН / Dw > 2,5), що пов'язано з перевезенням більш легких нафтопродуктів, і відносно низьким (ЬВН / Dw < 2,5), який відповідає танкерів, що перевозять лише важкі сорти вантажу. Як модуля обраний кубічний, як найбільш повно характеризує розміри судна, в яких розміщуються розглядаються системи.

    Аналітично маса суднових систем визначається за такими формулами:

    ((3 V 1,025 1 3 ЬВН

    РСЗ = (175,05 (ЬВН 10-3 Г ± 0,419] • ЬВН 10-3 при-----------------< 2,5;

    V) ^ (19)

    ((3 \ -1,367 1 3 ЬВН у '

    Рс.с = I 310,88 (ЬВН 10-3] ± 0,3911 • ЬВН 10-3 при ^ - > 2,5.

    Маса енергетичної установки може бути представлена ​​як сума мас двигунів Рдв і устаткування машинного відділення (МО) Роборе. Після визначення потужності судна двигун можна вибрати по каталогу і в розрахунку навантаження мас використовувати фактичну величину. Вимірювач маси обладнання машинного відділення визначається через витрати потужності на одиницю транспортної продуктивності (И / (Dw X у)) за формулою

    Уобор = / (проділ), П3 = 74,292 • (и / ^ • у) • 103) -1,597 ± 0,033. (20)

    N (Dw • у) • 103

    Маса електроенергетичної системи, внутрішнього зв'язку і управління розглядається окремо для суден класів К2-Я8К і спільно Я1 і Я2. Для суден змішаного району плавання маса розділу може бути розрахована за формулою

    Ре = 0,444 • ЬВН 10-2. (21)

    Модуль ЬБІ був визначений шляхом аналізу як дає найменші похибки.

    Для танкерів обмежених районів плавання дана величина визначається за виразом

    Ре = (0,759-1,962 • ЬБІ 10-5 ± 0,028) -ЬБІ 10-2. (22)

    Кожне судно комплектується запасними частинами та устаткуванням для ремонту та обслуговування механізмів пристроїв і обладнання. Тому в якості модуля для розрахунку даної групи доцільно використовувати сумарну потужність головних двигунів як механізмів, які потребують найбільшого контролю при експлуатації судна. Маса запасних частин може бути визначена за такими виразами:

    якщо Dw < 6600 Рз = (0,569 + 2 • Dw -10-5 ± 0,129) -N -10-3; (23)

    якщо Dw > 6600 Рз = (5,157 - 2,809 • Dw-10-4 ± 0,727) - N-10-3. (24)

    Постійні рідкі вантажі підрозділяються на вантажі в корпусі, механізмах пристроїв, системах, енергетичній установці. Найбільша частина розташовується безпосередньо в корпусі. Величиною, найбільш точно характеризує його розміри, є кубічний модуль. Вимірювач маси даної групи в залежності від ЬБІ розраховується за такою формулою:

    УЖГ = = (з, 761 -3,679 • ЬБІ 10-5 ± 0,549) -10-3. (25)

    ЬБІ у '

    Маса постачання і майна може бути визначена з використанням кубічного модуля, який дає найменші похибки при розрахунку. Маса визначається за формулою

    Рим = (0,756 -1,785 • Dw -10-5 ± 0,198) - ЬБІ -10-3. (26)

    У табл. 2 представлені результати аналізу складових навантаження мас за наведеними вище залежностей.

    Таблиця 2

    Аналіз точності отриманих формул

    Проект Сума мас за формулами (8) - (26), т Похибка,% Водотоннажність порожньому, т Частка розрахункової маси в водотоннажності порожньому,% Похибка в водотоннажності порожньому,% Критерій Фішера Т аблічное значення критерію Фішера

    фактична розрахункова

    19612 756,37 759,78 0,45 2 800 27,01 0,12

    19614 559,81 623,39 11,36 2 320 24,13 2,74

    19619 892,96 873,32 2,2 3 614,1 24,71 0,54

    17103 647,59 627,31 3,13 2 450 26,43 0,83

    4450 687,06 702,63 2,27 2 220 30,95 0,7

    ^ 22 682,34 721,42 5,73 2 565 26,6 1,52 1,67 2,85

    249 585,08 616,24 5,33 1 755 33,34 1,78

    1677 814,17 646,36 20,61 2 517,8 32,34 6,67

    210 831,51 833,63 0,25 3 410 24,38 0,06

    216 583,89 670,14 14,77 2 280 25,61 3,78

    250 813,97 781,60 3,98 3 090 26,34 1,05

    Слід зазначити, що хоча формули (12), (22) - (25) дають суттєві похибки, абсолютні величини цих мас малі і складають менше 3% маси судна порожньому і, отже, незначно впливають на загальну масу судна.

    З табл. 2 видно, що похибка суми мас, отриманих за даними формулами, в порівнянні з фактичними масами становить не більше 20%. Найбільші похибки спостерігаються у судів змішаного району плавання (причини пояснені вище). Похибки судів класів Я0, Я1 і И2 не перевищують 5,5%.

    Похибка у визначенні мас всього судна становить 0,1 ... 6,7%. Найбільше значення спостерігається у судна пр. 1677М, спроектованого в 1980 р, який має ряд особливостей в порівнянні з іншими розглянутими судами. Похибка у визначенні маси сучасних

    танкерів не перевищує 3,7%, що менше запасу водотоннажності, прийнятого на початковому етапі проектування (5%), і може бути врахована правильним вибором останньої величини.

    Для узагальненої оцінки точності пропонованої математичної моделі складових навантаження мас можна скористатися критерієм Фішера. Для розглянутої моделі даний критерій становить 1,67, що менше необхідного - 2,85. Це дозволяє зробити висновок про те, що дані формули можуть бути використані для розрахунку складових навантаження мас на початковому етапі проектування.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. ОСТ 5Р.0206-2002. Навантаження мас цивільних і допоміжних суден. Класифікація елементів навантаження.

    2. ОСТ 5Р.0216-2002. Облік і контроль навантаження мас при проектуванні надводних кораблів і суден.

    3. Поспєлов В. І. Вибір на ЕОМ оптимальних елементів вантажних суден внутрішнього плавання. -Л .: Суднобудування, 1978. - 76 с.

    Стаття надійшла до редакції 29.01.2010

    MATHEMATICAL MODEL OF CALCULATION OF SEA-RIVER TANKER WEIGHT

    Yu. A. Kochnev

    The components light-ship displacement of the modem tankers, constructed on supervision of domestic and foreign classification societies are analyzed. The statistical dependences allowing at the initial stage of designing to define components mass load of the tanker are received. The analysis of the received results is carried out and their adequacy is checked up.

    Key words: tanker, mass load, mathematical model, analysis of adequacy.


    Ключові слова: ТАНКЕР /НАВАНТАЖЕННЯ МАС /МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ /АНАЛІЗ АДЕКВАТНОСТІ /TANKER /MASS LOAD /MATHEMATICAL MODEL /ANALYSIS OF ADEQUACY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити