WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА»

ВЕСТНИК

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Выпуск 6 (28)

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

• С. О. Барышников, д.т.н., проф. (главный редактор) • Т. А. Пантина, д.э.н., проф. (зам. гл. редактора)

• О. К. Безюков, д.т.н., проф. • В. В. Веселков, д.т.н., проф. • П. А. Гарибин, д.т.н., проф.

• Д. П. Голоскоков, д.т.н., проф. • Б. П. Ивченко, д.т.н., проф. • Ю. М. Искандеров, д.т.н., проф.

• О. Г. Каратаев, д.т.н., проф. • А. В. Кириченко, д.т.н., проф. • М. А. Колосов, д.т.н., проф.

• Е. А. Королева, д.э.н., проф. • И. И. Костылев, д.т.н., проф. • Е. А. Лаврентьева, д.э.н., проф. • А. Ю. Ластовцев, к.т.н., проф. • С. Б. Лебедев, д.э.н., проф. • В. А. Логиновский, д.т.н., проф. • Г. В. Макаров, д.т.н., проф. • В. Е. Марлей, д.т.н., проф. • А. М. Никитин, д.т.н., проф.

• А. П. Нырков, д.т.н., проф. • Л. И. Погодаев, д.т.н., проф. • Н. В. Растрыгин, к.т.н., доц.

• В. И. Решняк, д.т.н., проф. • В. В. Романовский, д.т.н., проф. • А. А. Сикарев, д.т.н., проф.

• И. П. Скобелева, д.э.н., проф. • С. В. Смоленцев, д.т.н., проф. • А. Л. Степанов, д.т.н., проф.

• М. В. Сухотерин, д.т.н., проф. • Е. Г. Трунин, к.э.н., директор РРР • Г. В. Ушакова, к.и.н., проф.

• В. И. Черненко, д.т.н., проф. • В. Б. Чистов, д.т.н., проф.

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ

• Ю. Н. Горбачев — генеральный конструктор ОАО «Инженерный центр судостроения», д.т.н., проф. • С. Гуцма — ректор Морской академии (г. Щецин, Польша), д.т.н., проф.

• Г. В. Егоров — генеральный директор ЗАО «Морское инженерное бюро — СПб», д.т.н., проф. • Ф. В. Кармазинов — генеральный директор ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», д.т.н., проф. • Р. Качиньски — проректор по развитию и сотрудничеству Технического университета (г. Белосток, Польша), д.т.н., проф.• А. И. Пошивай — заместитель руководителя Федерального агентства морского и речного транспорта • А. Е. Сазонов, д.т.н., проф., член-корреспондент РАН

• Р. М. Юсупов — директор Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН, д.т.н., проф., член-корреспондент РАН САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ББК 95 я5 Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — СПб.: ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова, 2014. — Вып. 6. — 203 с.

«Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова» является научным периодическим изданием, зарегистрированным Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Свидетельство о регистрации средства массовой информации от 17 июля 2013 г.

ПИ № ФС 77-54734).

В Вестнике публикуются материалы научных исследований, а также статьи для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук по следующим основным направлениям: судовождение и безопасность на водном транспорте; судовые энергетические установки, системы и устройства; судостроение и судоремонт; водные пути, гидротехнические сооружения и порты; логистика и транспортные технологии; экономика и управление на транспорте; экология и охрана окружа-ющей среды; информационные технологии; международное морское право.





Статьи публикуются на русском и английском языках.

Статьи тщательно отбираются по критериям новизны, актуальности, научно-практической значимости, возможности реального использования описанных в них новых технологий на водном транспорте. По содержанию статьи должны соответствовать названию журнала, его целям и задачам.

Статьи рецензируются независимыми экспертами.

Кроме того, в Вестнике публикуются обзорные материалы научных конференций, семинаров и совещаний; сообщения и статьи к юбилейным датам и знаменательным событиям университета и его ведущих ученых.

Вестник включен в Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ.

Вестнику присвоен международный стандартный номер сериального периодического издания ISSN 2309-5180.

С 2009 года журнал включен в базу данных «Российский индекс научного цитирования»

(РИНЦ).

Индекс для подписки: 37276.

–  –  –

СУДОВОЖДЕНИЕ И БЕЗОПАСНОСТЬ НА ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ

Бурмака И. А., Булгаков А. Ю. Управление группой судов в ситуации опасного сближения

Некрасов С. Н., Ефимов К. И., Трененков Д. В. Навигационные риски буксировки судна в стесненных навигационных условиях

Решняк В. И., Щуров А. Г., Витязева О. В. Профессиональная деятельность работников флота в условиях хронофизиологической адаптации

Шахнов С. Ф. К расчету помехозащищенности радиоканалов речной локальной дифференциальной подсистемы при использовании детерминированных сигналов и взаимных помех

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

Безюков О. К., Жуков В. А., Ященко О. И. Газомоторное топливо на водном транспорте

Григорьев А. В. Колесниченко В. Ю. Повышение эффективности эксплуатации судовых дизельных электростанций

Каракаев А. Б., Луканин А. В. Методические вопросы синтеза контролепригодности размещения компонентов объекта в конструктивных единицах ограниченного объема по минимуму точек контроля

Николаев Н. И., Герасиди В. В., Лисаченко А. В. Анализ экспериментальных данных по нагрузкам современных высокооборотных двигателей САТ 3500 серии морских буксиров

Романовский В. В., Лебедев А. И., Гостев А. Г. Качество электроэнергии гребных электрических установок судов ледового плавания и ледоколов

Труднев С. Ю. Исследование параллельной работы шим-инвертора и однофазной сети

СУДОСТРОЕНИЕ И СУДОРЕМОНТ

Белецкий Е. Н. Моделирование процесса силового взаимодействия инструмента при механической обработке заготовок ответственных деталей из композиционных углепластиков, применяемых в судостроении

Марченко А. А., Портнягин Н. Н. Энергоэффективное нагружение асинхронных электродвигателей в процессе послеремонтных испытаний

Алиев Ч. М. Методика эксплуатационных испытаний дизельных двигателей с гильзами, имеющими антикавитационные покрытия

Москаленко М. А., Субботин З. М., Захарина Л. В. Оценка эффективности модернизации корпуса морских судов малой тоннажной группы

Романова Е. А., Романов А. Д. Разработка учебного парусного судна для внутренних водных путей

–  –  –

Воробьев А. Е. Основы механизма эффективного применения промышленных нанотехнологий при добыче аквальных газогидратов

Савчук В. Д., Клименко Е. Н., Крат И. П. Определение массы погруженного в трюм навалочного груза с использованием лазерных дальномеров

Фирсов Ю. Г., Иванов М. В., Колосков Е. Н. Новый этап батиметрических исследований северных акваторий России на примере Карского моря

Хлюпин Л. А. Причальные устройства для заправки судов сжиженным природным газом

ЛОГИСТИКА И ТРАНСПОРТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Адамов Е. И., Отделкин Н. С., Сикарев С. Н. Устройства, снижающие потери сыпучих грузов при перегрузке грейферными кранами

Железкова П. Е., Никифоров В. Г. Грузооборот портов Северо-Западного региона России на Балтийском море

Скобелева И. П. Стейкхолдеры — носители стратегических факторов успеха современных транспортных корпораций

Ерофеев В. Л., Ерофеева Е. В. Практика и проблемы оценки энергетической эффективности объектов инфраструктуры водного транспорта

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ НА ТРАНСПОРТЕ

Ботнарюк М. В. Российский рынок стивидорных услуг и особенности его развития на современном этапе

Еникеева Л. А., Торосян Е. К., Фейлинг Т. Б. Формирование стратегий развития морского и речного транспорта РФ на фоне кризисных процессов в условиях глобальной нестабильности мировых экономических систем

Пушкарева Л. В. Анализ и прогноз грузовых перевозок морским транспортом в России

Малько А. В. Исследование сектора судостроения и судоремонта Турции как части морского транспортного бизнес кластера Черного и Мраморного моря

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Белоусов А. С. Алгоритмическое обеспечение функционирования мультисервисных сетей транспортной отрасли

Мальцев В. А. Применение метода конечных элементов к расчету напряженнодеформированного состояния палубных перекрытий контейнеровоза

CONTENST

NAVIGATION AND SAFETY ON WATER TRANSPORT

Burmaka I. A., Bulgakov A. YU. Management of the group of vessel in the situation of dangerous approach

Nekrasov S. N., Yefimov K. I., Trenenkov D. V. Navigation risks towing in cramped navigational conditions

Reshnyak V. I., Shchurov A. G., Vityazeva O. V. Professional activities of fleet workers in conditions of chronophysiological adaptation

Shakhnov S. F. Tо сalculation of the noise-protection of the radio channels of river ldss with the use of the deterministic signals and mutual disturbances

SHIP POWER PLANTS, SYSTEMS AND DEVICE

Bezyukov O. K., Zhukov V. A., Yashchenko O. I. Dual-fuel engines on water transport................. 31 Grigor’yev A. V., Kolesnichenko V. Yu. Improving the efficency of marine disel power plants

Karakayev A. B., Lukanin A. V. Methodical questions of controllability synthesis in terms of object components placement in limited volume constructive units by control points minimum

Nikolayev N. I., Gerasidi V. V., Lisachenko A. V. Modern high-speed engines CAT 3500 series of marine tugs analysis of loads experimental data

Romanovskiy V. V., Lebedev A. I., Gostev A. G. Electricity quality of rowing electrical installations of ice ships and icebreakers

Trudnev S. YU. Research of parallel work of PWM inverter and single-phase network................ 60

SHIPBUILDING AND SHIP REPAIR

Beletskiy Ye. N. Modeling of the process of force interaction of the tool in the machining of workpieces critical parts made of composite plastics used in shipbuilding

Marchenko A. A., Portnyagin N. N. Power effective loading of asynchronous electric motors in the course of postrepair tests

Aliyev Ch. M. Method of explotative tests ith diesel engines and shells having anti-cavitation coating

Moskalenko M. A., Subbotin Z. M., Zakharina L. V. Assessment of the effective feasibility modernization of hull marine vessels of small tonnage

Romanova Ye. A., Romanov A. D. Development of the training sailing ship for internal waterways

WATERWAYS, WATERWORKS AND PORTS

Vorob’yev A. Ye. Bases of the mechanism of effective application of industrial nanotechnologies at production of aquatic gas-hydrates

Savchuk V. D., Klimenko Ye. N., Krat I. P. The calculation of the weight of the bulk loaded into the hold with the use of laser rangefinders

Firsov Yu. G., Ivanov M. V., Koloskov Ye. N. The new stage of the Russian northern basins bathymetric investigations - Kara sea example

Khlyupin L. A. Mooring facilities for refueling of vessels liquefied natural gas

LOGISTICS AND TRANSPORT TECHNOLOGY

Adamov Ye. I., Otdelkin N. S., Sikarev S. N. Device reduces losses in bulk cargo reloading grabbing crane

Zhelezkova P. Ye., Nikiforov V. G. Gargo turnover ports of northwest region Russia on the Baltic sea

Skobeleva I. P. Stakeholders as carriers of strategic succes factors of modern transport corporation

Yerofeyev V. L., Yerofeyeva Ye. V. Practice and problems of estimating the energy efficiency of water transport infrastructure

ECONOMICS AND MANAGEMENT OF THE TRANSPORT

Botnaryuk M. V. The Russian market of stevedoring services and features of its development at present stage

Yenikeyeva L. A., Torosyan Ye. K., Feyling T. B. Formation of the strategies for development of sea and river transport of the Russian Federation against a background of crisis processes in the context of global instability of the world economic systems

Pushkareva L. V. The analysis and the forecast of freight transportation by sea transport Russia

Mal’ko A. V. Ship repair and shipbuilding sector of Turkey as a part of the Black sea and the Marmara sea maritime transport business cluster

INFORMATION TECHNOLOGY

–  –  –

Рассмотрены основные вопросы управления группой судов в ситуации опасного сближения с помощью систем управления движением судов. Предложена процедура формирования группы взаимодействующих судов с помощью методов n-управляемых динамических систем, для чего рассмотрены ситуационные возмущения, возникающие между судами, которые являются элементами матрицы возмущения.

Показано, что при компенсации ситуационного возмущения пары судов, характеризуемого элементом матрицы возмущения, возможна реализация одного из тех типов парной стратегии расхождения, когда маневр осуществляется одним из судов при неизменных параметрах движения другого и при одновременном маневре обоих судов. Приведен способ формирования стратегии компенсации возникающих ситуационных возмущений, минимизирующий число маневрирующих судов с обеспечением максимального уровня безопасности процесса расхождения.

The basic questions of management of the group of vessels in the situation of dangerous approach by the vessel traffic control systems are considered. The intensity of situational disturbances is connected with the areas of mutual responsibilities of interacting vessels and the choice of dual strategies of divergence is determined by the corresponding element of disturbance matrix. It is shown that in case of compensation of situational disturbance between two vessels, which is characterized by the disturbance matrix element, it is possible to implement one of those types of dual divergence strategies when the maneuver is done by one vessel with the same motion parameters of the other and when the maneuver is simultaneously done by both vessels. The method of creating the compensation strategy of situational disturbances arising between vessels, which minimizes the quantity of maneuvering ships providing best safety level of the divergence process, was shown.

Ключевые слова: предупреждение столкновений, ситуационное возмущение, стратегия расхождения.

Key words: warning of collisions, situation indignation, strategy of divergence.

–  –  –

мальных дискретных процессов. В работе [2] на начальном этапе исследований рассматривается концепция формализации процесса расхождения судна с несколькими целями методами теории оптимального управления с учетом требований МППСС-72, дальнейшее развитие которой нашло свое отражение в работе [3] и производилось в направлении использования методов позиционных дифференциально-разностных игр. Работы [4], [5] посвящены применению метода нелинейной интегральной инвариантности для описания процесса расхождения судов и создания системы предупреждения их столкновений.

Подход к решению задачи выбора оптимального маневра судна при расхождении методами теории оптимальных дискретных процессов предложен сотрудниками Томского университета А. М. Куликовым и В. В. Поддубным в работе [6]. Безопасное расхождение судна в стесненных условиях маневром изменения скорости и расчет его параметров рассмотрены в работах [7], [8]. В работе [9] отмечается, что повышение эффективности предотвращения столкновений в настоящее время может достигаться созданием как новых алгоритмов, так и интеллектуальных систем. В работе для расхождения применяется одна стратегия – смещение на параллельную линию пути под тем или иным углом к линии исходного курса. Из множества возможных вариантов такой стратегии находится оптимальная по критерию, отражающему требования к безопасности, заблаговременности, заметности и экономичности маневра для предотвращения столкновения.

Понимание содержания автономной судовой системы уклонения от столкновения СА (Collision avoidance) и ее теоретическое обоснование дано в работе [10]. Совместно с алгоритмом по уклонению от столкновения дополнительно рассмотрены познавательные возможности человека и Правила уклонения от столкновения COLREG. С учетом факторов, влияющих на процесс уклонения от столкновения, рассматриваются требования к автономной навигации. Эти факторы способен оценить человек, осуществляя управление судном на удовлетворительном уровне, однако принятые решения являются субъективными и могут быть ошибочными, в результате чего может произойти столкновение.

Исследования по автоматизации управления судном могут быть представлены в классической или компьютерной категории. Классическая техника основана на математических моделях и алгоритмах. Программы основаны на использовании искусственного интеллекта Al (Artificial Itelligence). Областью Al для систем автономного уклонения от столкновения, рассматриваемых в статье, являются эволюционные алгоритмы, логика фуззи (Fuzzi Logic), экспертные методы, нейросеть NN (Neural Networks) и комбинация этих методов – гибридные системы (Hybrid System).

В работе [11] рассматриваются игровые подходы в навигационных математических моделях безопасного управления судами, а также обсуждается приложение методов теории игр для автоматизации регулирования процессов перемещения судов. Приведено определение понятия контрольной цели, описание базовой и аппроксимированной моделей многоступенчатой позиционной многошаговой матричной игры безопасного управления судна в ситуациях опасного сближения. В работе [12] с помощью методов n-управляемых динамических систем разработан аналитический аппарат теории гибких стратегий расхождения судов, учитывающий существенные факторы, влияющие на процесс расхождения.

Целью статьи является выявление принципов управления группой судов в ситуации возникновения угрозы столкновения с помощью систем безопасного управления движением судов.

Множество опасно сближающихся судов целесообразно описать как динамическую n-управляемую систему ns [12]. Наличие и степень опасности столкновения пары судов формализуется понятием ситуационного возмущения ij, природа которого заключена в прогнозируемом попадании судов в область недопустимых позиций. Взаимодействие всего множества судов характеризуется матрицей ситуационного возмущения W bn, элементом которой является характеристика ситуационного возмущения ij.

Cитуационное возмущение переводит динамическую систему ns из невозмущенного сик6 стемного состояния в возмущенное. Общая стратегия компенсации ситуационного возмущения предусматривает перевод динамической системы ns в начальное невозмущенное состояние путем ы 10 уничтожения в структуре системы связей взаимодействия между судами, возникающими в результате опасного сближения.

Рассмотрим управление динамической системы ns внешним управленцем (полное управление), который наблюдает матрицу W bn и при наличии ситуационного возмущения переводит динамическую систему в невозмущенное состояние общей стратегией, включающей необходимое минимальное число управлений судами матрицы. Таким управленцем может быть система управления движением судов (СУДС), которая по матрице ситуационного возмущения W bn определяет общую стратегию расхождения Gn = {g1, g2, … gi, … gn}, состоящую из стратегий gi судов динамической системы ns, а затем каждому из взаимодействующих судов сообщается его частная стратегия как компонента общей. Все взаимодействующие суда реализуют предписанные частные стратегии gi, в результате чего опасность столкновения между судами системы исчезает. Очевидно, что развитие принципов полного управления динамической системой ns внешним управленцем является одним из наиболее перспективных направлений снижения аварийности в стесненных условиях плавания.

Предположим, в стесненном районе плавания имеется некоторое конечное множество судов Mn0, из которого необходимо сформировать динамическую систему ns, число судов которой равно или меньше числа судов исходного множества Mn0, т.е. ns Mn0. Так как суда множества перемещаются и их относительные позиции изменяются, структура динамической системы ns и матрица ситуационного возмущения W bn являются функцией времени t, т.е. ns(t) и W bn(t). С учетом того, что структура динамической системы ns изменяется во времени, управление системой ns требует наблюдения за ее состоянием (структурой и матрицей W bn) в некоторый момент времени tn и прогноза состояния в течение некоторого интервала времени tn при условии, что все не зависящие от времени характеристики системы остаются неизменными в течение данного интервала времени. Поэтому предполагается, что группа судов, составляющая динамическую систему ns, в момент времени наблюдения tn сохраняется в течение интервала времени tn, а в очередной момент времени наблюдения tn + tn осуществляется контроль структуры системы ns и матрицы ситуационного возмущения.

Если внешним управленцем является СУДС, то основным принципом выделения группы взаимодействующих судов является учет их близости к СУДС, которым предписывается некоторый район Sc контроля и управления движущихся судов. Группой взаимодействующих судов являются суда, находящиеся в районе контроля и управления Sc и опасно сближающиеся с другими судами системы ns. В этом случае размерность матрицы ситуационного возмущения W bn определяется числом судов, находящихся в районе Sc, а элементы матрицы, т.е. парные ситуационные возмущения судов, находятся по их относительным позициям и параметрам движения. Если судно покидает район Sc, то оно исключается из группы взаимодействующих судов, а если, наоборот, входит в район Sc, то оно включается в динамическую систему ns. Относительное положение каждой пары судов и их параметры движения характеризуют ситуацию Si, возникающую для пары судов.

Для декомпозиции подмножества ситуаций опасного сближения S целесообразно, применив Правило 17 МППСС-72) [11], разбить подмножество S на три области: S 1, S 2 и S 3, так называемые области взаимных обязанностей. Причем ситуационные возмущения характеризуют принадлежность ситуации в начальный момент обнаружения опасного сближения к одной из областей S i.

Интенсивность ситуационного возмущения ij связана с областями взаимных обязанностей следующим образом:

при Si S s ;

0, ?@8 1, при Si S1;

?@8 ij = при Si S2 ;

2, ?@8 ы

–  –  –

Список литературы

1. Куликов А. М. Оптимальное управление расхождением судов / А. М. Куликов, В. В. Поддубный. // Судостроение. – 1984. – № 12. – С. 22–24.

2. Фрейдзон И. Р. Моделирование корабельных систем управления: монография / И. Р. Фрейдзон. – Л.: Судостроение, 1975. – 232 с.

3. Кудряшов В. Е. Математическая модель процесса расхождения нескольких управляемых объектов / В. Е. Кудряшов. // Известия ЛЭТИ. – 1976. – № 206. – С. 15–19.

4. Павлов В. В. Инвариантность и автономность нелинейных систем управления / В. В. Павлов. – Киев: Наукова думка, 1971. – 272 с.

5. Павлов В. В. Некоторые вопросы алгоритмизации выбора маневра в ситуациях расхождения судов / В. В. Павлов, Н. И. Сеньшин. // Кибернетика и вычислительная техника. – 1985. – № 68. – C. 43–45.

6. Куликов А. М. Оптимальное управление расхождением судов / А. М. Куликов, В. В. Поддубный // Судостроение. – 1984. – № 12. – С. 22–24.

7. Сафин В. И. Использование маневра изменения скорости для предотвращения столкновения судов / В. И. Сафин, Е. Е. Тюпиков // Судовождение. – 2005. – № 10. – С. 143–147.

8. Тюпиков Е. Е. Анализ возможности расхождения судна с целью изменением скорости / Е. Е. Тюпиков // Судовождение. – 2006. – № 12. – С. 122–126.

9. Вагущенко Л. Л. Расхождение с судами смещением на параллельную линию пути: монография / Л.Л. Вагущенко. – Одесса: Феникс, 2013. – 180 с.

10. Statheros Thomas. Autonomous ship collision avoidance navigation concepts, technologies and techniques / Statheros Thomas, Howells Gareth, McDonald-Maier Klaus // J. Navig. – 2008. 61. – № 1. – P. 129–142.

11. Lisowski J. The dynamic game models of safe navigation / J Lisowski // Advances in Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. – 2007. – Р. 23–30.

12. Цымбал Н. Н. Гибкие стратегии расхождения судов / Н. Н. Цымбал, И. А. Бурмака, Е. Е. Тюпиков. – Одесса: КП ОГТ, 2007. – 424 с.

–  –  –

Рассмотрен вопрос определения навигационных рисков прохода судов подходного фарватера к порту Высоцк при различных гидрометеорологических условиях. Использованы методы, известные в теории вероятностей и математической статистике для оценки навигационных рисков. Оценку навигационных рисков буксировки предложено производить стохастическими методами, учитывая смещение центра величины судна и изменчивость маневренной полосы движения. Показано, что по результатам имитационного моделирования движения судна по фарватерам и подходным путям п. Высоцк эти навигационные параметры подчинены нормальному закону распределения и задача оценки рисков сводится к задаче отыскания вероятности попадания случайной величины в назначенную полосу. Выполнена формальная оценка риска прохода узкости судами, на основании которой можно судить о качестве управления судном и некотором числе навигационных аварий и происшествий в заданном районе плавания.

Considered to the question of determination of navigation risks passage of vessels of the approach fairway to the port of Vysotsk in different hydrometeorological conditions. Used techniques known in probability theory and mathematical statistics to assess navigational hazards Assessment of navigational risks towing asked to produce stochastic methods, estimating the displacement of the centre of buoyancy of the vessel and the variability of maneuvering lanes. It is shown that the results of simulation of ship motion on fairways and approach paths port of Vysotsk these navigation options are subject to the normal law of distribution. Then the task of risks assessment is reduced to the problem of finding the probability of a random value in the assigned band. Made a formal risk assessment of the passage of outcaste courts, on the basis of which you can judge the quality control of the vessel and a number of navigation accidents and incidents in a given area of navigation Ключевые слова: навигационный риск, навигационная безопасность, ширина маневренной полосы движения судна.

Key words: navigation risk, navigation safety, width maneuverable lanes of the vessel.

Б УКСИРОВКА судна в стесненных условиях отличается особой сложностью и необходимостью обеспечения навигационной безопасности плавания, так как навигационные и гидрометеорологические условия оказывают существенное влияние на управление навигационными рисками [5, с. 12]. Необходимость включения в руководящие документы (обязательные постановления капитана порта) крупнотоннажных судов для возможности движения в / из п. Высоцк обусловлена потребностью снижения расходов на один судозаход и повышением экономических показателей.

Одним из подходов к обоснованию возможности буксировки крупнотоннажных судов в стесненных условиях является имитационное моделирование, применяемое для оценки навигационных рисков при проектировании и строительстве сооружений и объектов, а также для оценки рисков при движении судов в стесненных условиях [3, с. 164]. Одним из главных параметров, определяющих область возможного нахождения судна, является ширина маневренной полосы движения судна, которая зависит от размерений судна и углов сноса. Навигационными параметрами, характеризующими положение судна на фарватере с учетом его размерений, являются уклонение центра тяжести (ЦТ) судна от эталонной (заданной) траектории х(t) и угол дрейфа С. В соответствии с правилами применения критерия согласия Колмогорова – Смирнова [2, с. 343] будем полагать, что процесс х(t) распределен по нормальному закону и имеет некоторые значения математического ожидания mх и дисперсии 2х [4, с. 34–35]. Помимо процесса х(t) положение судна на траектории движения будет характеризоваться шириной маневренной полосы движения В(t) при угле дрейфа С 0 [3, с. 165].

Совместный учет статистических характеристик процессов х(t) и В(t), характеризующих качество управления судном, позволяет оценить изменчивость параметров траектории движения судна, что, в свою очередь, дает возможность оценить навигационные риски прохода узкости. Процессы х(t) и В(t) статистически независимы, поэтому оценка общего среднего значения изменчик6 <

–  –  –

Выводы Выбраны основные навигационные параметры, характеризующие положение судна относительно кромок фарватера.

На примере подходного фарватера к п. Высоцк определены навигационные риски буксировки танкера длиной 248 м и шириной 48,3 м при различных навигационных условиях

–  –  –

Рассмотрены причины возникновения десинхроноза работников флота и некоторые связанные с ним физиологические и социальные нарушения жизнедеятельности организма человека. Предложены меры предупреждения дезадаптационных расстройств во время длительных рейсов, оптимизации профессиональной деятельности моряков в условиях хронофизиологической адаптации. Особое внимание уделено таким методам, как предварительное установление режима жизнедеятельности, соответствующего новому поясному времени, индивидуальный подход к соответствию суточного ритма физиологических функций ритму труда и отдыха, прогнозирование течения адаптации, использование мер неспецифической профилактики и фармакологических средств. Отмечена эффективность физических упражнений, режима сна и бодрствования, специальной диеты и режима питания как средства мобилизации резервных физиологических возможностей и ускоренной адаптации организма к изменяющимся условиям внешней среды.

The article deals with causes of desynchronosis of fleet workers and some related physiological and social disorders of the vital functions of the human body. The measures to prevent disadaptative disorders during long voyages are proposed, as well as optimization of professional performance of the fleet workers in conditions of chronophysiological adaptation. Particular attention is paid to such methods as preliminary determination of a regime of life activity, corresponding to the new standard time; individual approach to matching a daily rhythm of physiological functions to the rhythm of work and rest; prognosis of the course of adaptation, the use of non-specific prevention measures and pharmacological agents. Among efficient means of mobilizing reserve physiological capabilities and rapid adaptation to changing environmental conditions are: physical exercises, regime of sleep and wakefulness, special diet and eating regime.

Ключевые слова: биологические ритмы, десинхроноз, хронофизиологическая адаптация.

Key words: biological rhythms, desinchronosis, chronophysiological adaptation.

–  –  –

укрепления здоровья моряков, улучшения условий их труда, быта и отдыха. Важнейшим условием для этого является обеспечение оптимальной среды обитания на судне. При ы 20 этом судно необходимо рассматривать как искусственную экологически замкнутую систему, обеспечивающую экипажу условия длительного деятельного существования [2], [7].

В период длительного плавания судна одной из основных причин, вызывающих повышенную утомляемость и снижение работоспособности моряков, является несоответствие существующего в период пребывания в порту распорядка дня условиям повседневной деятельности экипажа в море. Переход на другой режим труда и отдыха необычен и труден для плавсостава, так как связан с ломкой существующего и выработкой нового рабочего динамического стереотипа. Процесс, заключающийся в перестройке суточной периодики физиологических функций, представляет собой сложную приспособительную реакцию организма к новым условиям жизнедеятельности.

Эта реакция является значительной нагрузкой для организма и сопровождается существенными изменениями его функционального состояния и работоспособности, требует длительного периода врабатываемости и адаптации к условиям плавания. Например, при несении ночных вахт на выработку нового стереотипа у моряков требуется около двух недель.

Следует отметить, что на суточную периодику физиологических функций судовых специалистов влияет не только несение ночных вахт, но и постоянная смена часовых поясов при длительном плавании. Нередко суда в течение 10-15 сут плавания пересекают пять - семь часовых поясов.

Такие перемещения вызывают у людей нарушения ритмов физиологических функций и проявляются специфическими субъективными ощущениями. Перестройка биологических ритмов воспринимается моряками как состояние утомления, возникают слабость, вялость, бессонница в ночные и сонливость в дневные часы, снижается работоспособность. Подобное состояние человека получило название десинхроноз [3], [5].

Десинхроноз (от лат. de – приставка, означающая удаление, и греч. synchronos - одновременный) - изменение различных физиологических и психических функций организма в результате нарушения суточных биоритмов его функциональных систем. Этот процесс сопровождается целым комплексом отклонений в состоянии здоровья.

Биологические ритмы, или биоритмы – это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и популяциях.

С точки зрения экологической физиологии человека биологический ритм – это самоподдерживающийся автономный процесс периодического чередования интенсивности и частоты физиологических процессов и реакций. Для существующих ритмов наиболее свойственным является широкий временной диапазон – от «быстрых» микроволн элементарных частиц до глобальных циклов биосферы. Ритмические явления протекают на различных уровнях организации живой материи: субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и т.д. В сложноорганизованных биологических системах, к которым относится организм человека, имеется целая иерархия циклических колебаний, и биологический ритм каждой функциональной системы обычно является результатом согласования и интеграции ряда более элементарных колебаний, т.е. хроноструктурной упорядоченности и организованности [1], [9].

В естественных условиях ритм физиологической активности человека синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем и низкой ночью. При перемещениях человека через временные пояса наблюдается десинхронизация функций, проявляющаяся в усталости, раздражительности, расстройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюдаются расстройства пищеварения, изменения артериального давления. Эти ощущения и функциональные нарушения возникают в результате десинхронизации циркадианных закрепленных ритмов физиологических процессов с измененным временем световых суток (астрономических) и социальной активности в новом месте пребывания человека. Человек, покидая место своего постоянного или длительного жительства, как бы несет с собой на новое место ритм родных, ы прежних мест. Через некоторое время эти ритмы согласуются, однако для разных направлений к6 перемещения человека и разных функций это время будет неодинаковым. При перемещениях в западном направлении биологические часы отстают по отношению к 24-часовому солнечному циклу, и для приспособления к распорядку дня в новом месте должна произойти фазовая задержка биологических часов. При перемещении в восточном направлении происходит их ускорение.

Организму легче осуществить фазовую задержку, чем ускорение, поэтому после перемещения в западном направлении ритмы синхронизируются быстрее. Также следует отметить, что люди имеют существенные индивидуальные различия в скорости синхронизации ритмов при перемещениях. Скорость напрямую зависит от того, насколько быстро прибывший на новое место человек включится в активную деятельность и сон по местному времени и насколько он в этом заинтересован.

Если поездка недлительная, и предстоит скорое возвращение, то не стоит «перенастраивать»

на местное время свои биологические часы, так как предстоит их скорая возвратная «перенастройка». Если такие «перенастройки» происходят часто (например, у моряков в период длительных рейсов), то это небезвредно для организма человека. Моряки предпочитают скорое возвращение из рейса и поэтому после непродолжительного пребывания на новом месте «не переводят на местное время» свои биологические часы.

В работе [5] Д. И. Рыжаков с соавт. отмечает, что характерным признаком ритмических изменений функций организма у моряков в процессе адаптации к условиям плавания является смещение акрофазы с 10 на 14 ч, а в дальнейшем - на 18 ч с постепенным снижением физиологического уровня показателей. Наиболее существенные изменения суточной динамики физиологических процессов отмечаются при кратковременном (15 сут) и длительном (4 мес.) плавании, что отражает в этот период не только взаимоотношения синхронизируемых систем, но и состояние организма в целом.

Исследование работоспособности в изолированной камере до и после перевода стрелок часов на 8 ч вперед и назад показало следующее. Продолжительность времени, необходимого для перестройки, была больше, когда сон приходился на период между 8 ч и 16 ч (как бывает обычно при работе в ночную смену), чем тогда, когда он приходился на промежуток от 16 ч до полуночи.

В первом случае сдвигалась обычная последовательность сна, работы и отдыха, и биоритм должен был приспосабливаться к их изменениям [4], [8]. В связи с ранее изложенным необходимо отметить, что режим труда и отдыха в течение всего периода плавания должен быть постоянным.

Большое значение имеет целенаправленность человека на перестройку режима в новых условиях плавания. Поэтому для сохранения высокой работоспособности специалистов, вынужденных в течение длительного периода времени жить и работать в условиях «сдвинутого режима», рекомендуется практиковать предварительную адаптацию их в течение 7–10 сут к конкретному суточному режиму сна и бодрствования.

Необходимо отметить, что для ускорения выработки нового динамического стереотипа в начале плавания и для предупреждения дезадаптационных расстройств во время длительных рейсов применяются различные средства и методы. Так, одной из эффективных мер нормализации сна, устранения утомления и повышения работоспособности судовых специалистов является метод электростимуляции. При использовании электростимуляции с помощью портативных аппаратов «Электросон» сон наступает через 20–30 мин, а для нормализации сна достаточно проведения двух – четырех процедур.

В работе [6] И. А. Сапов подчеркивает эффективность физических упражнений как средства мобилизации резервных физиологических возможностей и ускоренной адаптации организма к изменяющимся условиям внешней среды. При этом применяемые комплексы физических упражнений должны учитывать закономерности изменений двигательной и защитной функций. Например, занятия плаванием должны проводиться в виде физической зарядки после сна (наибольшей продолжительности), вводных упражнений перед заступлением на вахту, во время вахты (типа производственной гимнастики) и в специально отведенное для этого время (учебно-тренировочк6 ные занятия).

Система физических упражнений, величина нагрузки и время включения упражнений ы 22 в период вахты должны определяться в зависимости от конкретных условий, характера трудового процесса и состояния специалистов. Например, в начале плавания достаточно выполнения «физкультпаузы» на третьем-четвертом часу вахты, а к концу многомесячного плавания, когда признаки утомления будут проявляться раньше, проведение «физкультпауз» будет оправдано уже на втором часу вахты [5], [6]. Кроме того, сильными синхронизаторами суточных ритмов биохимических и физиологических процессов являются время и продолжительность сна, время приема пищи. При многочасовых широтных перемещениях в ускорении нормализации суточного ритма основную роль играет режим сна и бодрствования.

При составлении специальной диеты и режима питания учитывают следующее:

– действие пищи как датчика времени;

– хронобиологическое действие теофиллина в чае и кофеина в кофе;

– свойство пищи, богатой белками, способствует синтезу катехоламинов, а богатой углеводами – синтезу серотонина.

Известно, что необходимо относительно высокое содержание в крови адреналина и норадреналина во время бодрствования, а серотонина – во время сна.

Некоторые исследователи предлагают за несколько дней до рейса установить режим жизнедеятельности, соответствующий новому поясному времени, однако этот вопрос остается дискуссионным.

При кратковременных командировках рекомендуется не менять привычный распорядок дня и часы сна, а при необходимости принимать снотворное или тонизирующий препарат. Также возможна комбинация этих средств. Циркадианные ритмы значительно быстрее восстанавливаются при использовании специальных режимов чередования света и темноты.

В заключение следует отметить, что у значительной части специалистов состояние устойчивой адаптации к постоянному чередованию дневных и ночных циклов деятельности не наступает.

Таким образом, оптимизации профессиональной деятельности человека в условиях хронофизиологической дезадаптации способствуют:

– предварительная перестройка биоритмов в направлении предстоящего фазового сдвига внешних датчиков времени;

– соответствие индивидуальной типологии суточного ритма физиологических функций ритму труда и отдыха;

– прогнозирование течения адаптации;

– использование мер неспецифической профилактики и фармакологических средств [4, 10].

Список литературы

1. Гора Е. П. Экология человека: учеб. пособие / Е. П. Гора. - М.: Дрофа, 2007. - 760 с.

2. Гриневич В. Биологические ритмы здоровья / В. Гриневич // Наука и жизнь. – 2005. – № 1. – С. 28–34.

3. Коновалов Ю. В. Условия труда и состояние здоровья моряков: на примере судов ОАО «Дальневосточное морское пароходство»: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.26.01 / Ю. В. Коновалов. – Владивосток, 2000. - 32 с.

4. Михайленко Е. В. Личность в экстремальных условиях: исследование адаптации и реадаптации моряков / Е. В. Михайленко // Высшее образование сегодня. – 2007. - № 9. - С. 69-71.

5. Рыжаков Д. И. Метеопатология и нарушения биоритмов / Д. И. Рыжаков, О. Н. Шевантаева, В. А. Журавлев. – Режим доступа: http://www.nizhgma.ru/_resources/directory/1147/common/bioritm.pdf.

ы

6. Сапов И. А. Особенности адаптации к условиям плавания / И. А. Сапов. - Режим доступа:

к6 http://www.blackpantera.ru/communication/blog/adapt/911.php.

7. Стрелкова О. В. Психология профессиональной деятельности моряков / О. В. Стрелкова. – Калининград: БГА РФ, 2005. – 135 с.

8. Физиология человека: учебник / под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2003. - 656 с.

9. Хильдебрандт Г. Хронобиология и хрономедицина / Г. Хильдебрандт, М. Мозер, М. Лехофер. – М.: Арнебия, 2006. – 144 с.

10. Хугаева С. Г. Особенности психофизиологической адаптации моряков тралового флота в условиях арктического севера: автореф. дис. … канд. мед. наук: 19.00.02 / С. Г. Хугаева. - Архангельск, 2012. - 20 с.

–  –  –

К РАСЧЕТУ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ РАДИОКАНАЛОВ РЕЧНОЙ

ЛОКАЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

И ВЗАИМНЫХ ПОМЕХ

–  –  –

Рассмотрена методика расчета помехозащищенности радиоканалов контрольно-корректирующих станций (ККС) речной локальной дифференциальной подсистемы (ЛДПС) ГЛОНАСС/GPS автоматизированной системы управления движением судов (АСУ ДС) на внутренних водных путях (ВВП) России на основе исследования коэффициента взаимного различия (КВР) сигнала и взаимной помехи при использовании модели детерминированных сигналов и помех на примере узкополосных фозоманипулированных двоичных сигналов c равномерным кодом Бодо средневолнового диапазона на примере цепочки ККС Енисейского ФБУ.

Проанализированы два варианта методики: для областей перекрытия двух соседних станций (одна взаимная помеха) и для областей перекрытия трех соседних станций (две взаимные помехи). В первом случае в качестве критерия помехозащищенности рассматривается допустимый КВ, во втором – допустимая вероятность ошибки поэлементного приема цифрового сообщения.

The article examines design procedure of the noise protection of the radio channels of the control and correction stations (CCS) of the river local differential subsystem (RLDSS) of the automated control system vessel traffic (ACS VT) of GLONASS/GPS on the inland waterways (IWW) of Russia, based on a study of the coefficient of a mutual difference between the signal and mutual disturbance with the use of model of the deterministic signals and mutual disturbances by the example of the narrow-band phasemanipulating binary signals with Baudot code of the middle frequency range, exemplified with a chain of CCS of Yenisei FBA. Two variants of the method are described, i.e. for overlapping areas of two neighbouring stations (with one mutual disturbance) and for overlapping areas of three neighbouring stations (with two mutual disturbances). In the first case, the noise protection criterion is the permissible coefficient of mutual difference; in the second, the permissible error probability of the piece-by-piece reception of digital communication.

Ключевые слова: взаимные помехи, коэффициент взаимного различия, мощность сигнала, вероятность ошибки поэлементного приема, энергетика помехи, функция ослабления.

к6 Key words: mutual disturbances, coefficient of mutual difference, signal power, probability of the error of piece-by-piece method, power engineering of interference, the function of weakening.

ы В ЗАИМНЫЕ помехи в радиоканалах контрольно-корректирующих станций (ККС) возникают вследствие того, что станции в речной локальной дифференциальной подсистеме (ЛДПС) образуют цепочки, обеспечивающие сплошное покрытие внутренних водных путей высокоточным полем дифференциальной поправки. Зоны их действия имеют области перекрытия, в которых в качестве взаимной помехи выступает сигнал от соседней ККС (на рис. 1 выделены цветом) [1]. В частности, области перекрытия двух станций на рисунке выделены желтым цветом. Наиболее проблемными являются области перекрытия трех станций, в которых на сигнал воздействуют две взаимные помехи (на рисунке выделены розовым цветом). При этом и полезный сигнал, и взаимные помехи являются детерминированными сосредоточенными по спектру сигналами с идентичными параметрами (длительностью посылки и спектральной плотностью сигнала).

При этом используются узкополосные фазоманипулированные двоичные сигналы с равномерным кодом Бодо.

–  –  –

Также при исследовании помехозащищенности радиоканалов в различных точках судового хода детерминированными являются расстояния как от источника сигнала, так и от источников взаимных помех от соседних ККС. Кроме того, для волн на границе СВ/ДВ диапазона на подавляющем большинстве судоходных участков рек внутренних водных путей (ВВП) России перепадами высот по сравнению с длиной волны (порядка 1 км), а следовательно, влиянием заграждающего рельефа можно пренебречь. Тогда в двумерном случае поле поражения сигнала сводится к линии на графике рис. 3, соответствующей уровню g20kдоп. Здесь вероятность энергетического подавления радиолинии pэн будет определяться отношением длины отрезка Lr, отсекаемого на графике нормированного КВР линией, соответствующей уровню g20kдоп, к диапазону изменения нормированной оси времени L, равному двум (pэп = Lr /L = Lr / 2 ). На рис. 3 приведен пример для пk = 1 кГц и g20kдоп = 0,02.

Для оценки сверху, приняв tпk = 0, данную методику можно упростить. Здесь оценка помехозащищенности выполняется путем сравнения величины допустимого нормированного КВР с расчетным.

Допустимый нормированный КВР получается из выражения [3]:

g20kдоп = 0доп / h2пk. (5) Энергетика k-й помехи ы

–  –  –

Таким образом, имеется следующий алгоритм расчета помехозащищенности радиоканала

ККС – судно:

ы 28 – определяются исходные данные к расчету (координаты соседних ККС, имеющих перекрывающиеся зоны действия; их частоты и расстройки несущих пk; расстояния от ККС до расчетных точек; мощности передатчиков исследуемых ККС P; длительность посылок сигналов и помех T; действующая высота Lд; волновое сопротивление а и передаточный коэффициент D судовой антенны; требуемая pош.треб и допустимая pош.доп вероятность ошибки поэлементного приема; коэффициент передачи радиоканала и спектральная плотность белого шума 2);

– по заданной pош.треб из формулы (8) находим требуемую энергетику сигнала в канале с флуктуационным шумом h0 ; 2

– по заданному pош.доп из выражения (7) находим 0доп;

– по заданным параметрам передатчиков и расстояний до точки приема из выражения (16) находим напряженность поля сигнала и взаимной помехи;

– по заданным параметрам приемника сигнала из выражений (14) и (15) находим мощности сигнала и взаимной помехи на входе приемника;

– по заданному периоду следования сигнала T и спектральной плотности белого шума 2 из формулы (6) находим энергетику сигнала и взаимной помехи h 2 ;

– подставляя полученную энергетику помехи и 0доп в выражение (5), определяем предельно допустимый нормированный КВР сигнала и помехи g20доп;

– по заданным расстройкам несущих пk из выражения (10) находим КВР сигнала и взаимной помехи;

– из выражения (12) находим допустимый КВР с учетом реальной энергетики сигнала;

– подставляем найденные значения g2доп и g2 в условие (11);

k

– если условия (11) и (13) выполняются, то допустимая вероятность ошибки поэлементного приема в канале с флуктуационным шумом и взаимными помехами будет обеспечена.

Данный алгоритм описан для случая воздействия только одной взаимной помехи, что имеет место в области пересечения двух зон действия соседних ККС (желтые области на рис. 1). При наличии двух и более взаимных помех (розовые области на рис. 1) расчетный КВР в выражении (10) определить невозможно. В этом случае для оценки помехозащищенности необходимо непосредственно использовать вероятность ошибки поэлементного приема.

Рассмотрим наиболее сложный случай – незамирающий сигнал и замирающая по релеевскому закону взаимная помеха. Помехи, так же, как и полезный сигнал, в данном случае являются цифровыми с фазовой манипуляцией несущей. Кроме того, спектры фазоманипулированных сигналов являются перекрывающимися. Тогда при некогерентном приеме вероятность ошибки поэлементного приема цифрового сообщения будет определяться выражением [3]

–  –  –

1. Каретников В. В. Топология дифференциальных полей и дальность действия контрольнокорректирующих станций высокоточного местоопределения на внутренних водных путях: монография / В. В. Каретников, А. А. Сикарев. – Изд. 2. – СПб.: ГУМРФ, 2013. – 525 с.

2. Вишневский Ю. Г. Поля поражения сигналов и электромагнитная защищенность информационных каналов в АСУ ДС: монография / Ю. Г. Вишневский, А. А. Сикарев. – СПб.:

Судостроение, 2006. – 356 с.

3. Сикарев А. А. Оптимальный прием дискретных сообщений: монография / А. А. Сикарев, А. И. Фалько. – М.: Связь, 1978. – 328 с.

4. Сикарев А. А. О Методе исследования влияния помех в каналах передачи дискретной информации / А. А. Сикарев // Радиотехника. – 1968. – Т. 23. – № 8. – С. 83 – 90.

5. Сикарев А. А. Функционально устойчивые демодуляторы сложных сигналов: монография / А. А. Сикарев, В. В. Соболев. – М.: Радио и связь, 1988. – 224 с.

6. Сикарев А. А. К расчету напряженности поля в радиоканалах речной локальной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS средневолнового диапазона / А. А. Сикарев, С. Ф. Шахнов // Вестник Государственного университета морского и речного транспорта имени адмирала С. О. Макарова. – СПб.: ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова. – 2014. – Вып. 3. – С. 27 – 32.

7. Фейнберг Е. Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности: монография / Е. Л. Фейнберг. – Изд. 2. – М.: Наука, 1999. – 496 с.

8. Справочник по специальным функциям / под ред. М. Абрамовица и И. Сиган. – М.: Наука, 1979. – 832 с.

к6 ы

–  –  –

В статье на основании поэтапного ужесточения требований Комитета по защите морской среды Международной морской организации (ИМО) в соответствии с Приложением VI МК МАРПОЛ к выхлопным газам дизельных двигателей морских судов по содержанию в них оксидов серы (SОx ), азота (NОx ) и твердых частиц представлено несколько возможных путей решения. В статье приведены способы использования газового топлива и опасности, возникающие при использовании газомоторного топлива, которые необходимо учитывать при проектировании энергетических установок судов-газоходов. Представлена концепция создания технологической платформы для перевода водного транспорта на газомоторное топливо.

In the article on the basis of the gradual tightening of the requirements of the Committee for the Protection of the Marine Environment of the International Maritime Organization (IMO) in accordance with Annex VI MK MARPOL to the exhaust gases of diesel engines in marine vessels according to their content of sulfur oxides (SОx ), nitrogen (NOx ) and particulate particles presents several possible solutions. The article describes how the use of gas motor fuel and the dangers arising from the use of gas motor fuel, that must be considered when designing of the ship power plant. The article presents the concept of creating a technological platform for the use of natural gas on sea and river transport to reduce the emissions.

Ключевые слова: выхлопные газы, альтернативные виды топлива, парниковые газы, природный газ, биогаз, двухтопливные двигатели, экологические нормативы, технологическая платформа.

Key words: exhaust emission, alternative fuels, greenhouse gases, natural gas, biogas, dual fuel engines, ecological norms, technological platform.

–  –  –

Выбросы вредных веществ энергетическими установками судов определяются на основе Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MAPПOЛ 73/78) [2]. Действующие в настоящее время нормы выбросов продуктов неполного сгорания, серы и оксидов азота энергетическими установками судов разработаны в 1997 г. и официально вступили в действие в 2007 г. В ближайшие годы следует ожидать ужесточения экологических требований к судовым дизелям прежде всего по содержанию в отработавших газах оксидов азота NOx, снижение выбросов которых является одной из актуальных задач современного двигателестроения. Экологический ущерб, вызываемый работой тепловых двигателей, заключается не только в материальном загрязнении среды отработавшими газами, но и в выбросах в окружающую среду большого количества низкотемпературной (низкопотенциальной) теплоты.

Тепловое загрязнение приводит к различным климатическим аномалиям, которые уже в недалеком будущем могут приобрести глобальный и необратимый характер. Существенное влияние на данные процессы оказывает «парниковый эффект», приводящий к изменению характера лучистого теплообмена между поверхностью и приземной атмосферой вследствие увеличения содержания в ней диоксида углерода СО2 [3]. Увеличение содержания СО2, в первую очередь вызвано работой тепловых двигателей, потребляющих углеводородные виды топлива.

В 1988 г. Всемирная метеорологическая организация в соответствии с программой ООН по окружающей среде создала Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК) планеты, которая периодически публикует доклады об изменении климата и возможном влиянии этих изменений на различные виды хозяйственной деятельности. По данным МГЭИК глобальное потепление» климата, начавшееся с середины 70-х гг. ХХ в., не вызывает сомнения [4], [5]. Вступившая в силу в 1994 г. Рамочная конвенция ООН об изменении климата (UN FCCC) к6 и Киотский протокол 1997 г. установили обязательства для стран-участниц в отношении снижения выбросов СО2.

ы 32 В 1997 г. на Международной конференции сторон Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ) была принята Резолюция 8 по «выбросам углекислого газа с судов», в которой Международной морской организации (ИMO) в сотрудничестве с Секретариатом Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций (ООН) об изменении климата было предложено предпринять меры по изучению влияния выбросов парниковых газов с судов с целью установления количества и относительного процентного содержания выбросов углекислого газа с судов в глобальном кадастре. В Резолюции А.963(23) «Политика и практика ИМО, относящаяся к сокращению выбросов парниковых газов с судов» 2003 г. отмечается, что доля выбросов парниковых газов в международном судоходстве составляет примерно 1,8 % мировых выбросов СО2, а также констатируется, что сокращение этих выбросов может осуществляться посредством технических и эксплуатационных мер. На основании оценки, проведенной в 2007 г., доля выбросов парниковых газов в международном судоходстве уже составила примерно 2,7 % мировых выбросов СО2. В качестве основной меры повышения эффективности судна в отношении выбросов парниковых газов было предложено ввести конструктивный индекс СО2 (далее – конструктивный коэффициент энергетической эффективности). В период с 2008 по 2012 гг. развитые страны должны были сократить выбросы парниковых газов, как минимум, на 5 %. В дополнение к этому каждая страна брала обязательство снизить выбросы на фиксированную, но различную для каждой из них величину (страны ЕС – на 8 %, РФ – на 0 %). Следует отметить, что до 2008 г. эта проблема решалась добровольно.

Установленные требования фактически означают необходимость принятия следующих мер:

снижение расхода топлива, которое неизбежно приведет к эквивалентному снижению выбросов с ОГ продуктов неполного сгорания топлива: сажи, углеводородов, оксидов углеводородов, бенз(а) пирена, формальдегида; использование новых источников энергии; применение альтернативных видов топлива.

Введение инструмента оценки эффективности энергоиспользования в форме конструктивного коэффициента энергетической эффективности и снижение расходов традиционных углеводородных топлив судовыми энергетическими установками можно рассматривать как первый этап снижения выброса парниковых газов. В 2010 г. на 61-й сессии Комитета по защите морской среды был отмечен значительный прогресс в решении проблемы снижения выбросов парниковых газов за счет разработки проекта обязательных Правил управления энергоэффективностью судов, в которых, в частности, устанавливаются требования конструктивного коэффициента энергетической эффективности и плану по управлению энергетической эффективностью судна.

Для дальнейшего снижения влияния морского и речного флота на качество окружающей среды необходима реорганизация энергоиспользования в судовых энергетических установках (СЭУ).

При проведении такой реорганизации необходимо выполнить следующее:

– определить перспективные энергоисточники (виды альтернативных и перспективных видов топлива), способные заменить углеводородные виды топлива;

– оценить целесообразность использования этих видов топлива в различных сегментах водного транспорта с энергоэкологической точки зрения;

– разработать план организационных и технических мероприятий, необходимых для перевода СЭУ на газовое топливо.

Перспективными газообразными топливами следует считать природный газ и альтернативные виды топлива, представляющие собой химические соединения, не являющиеся продуктами переработки нефти.

К перспективным и альтернативным видам топлива в настоящее время относятся:

— природный газ – метан (СН4);

— водород (Н2);

ы

–  –  –

Проведенное сравнение показывает, что применение в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) природного газа обеспечивает существенное сокращение количества вредных выбросов по сравнению с использованием топлива на основе нефти. При этом полностью исключаются выбросы серы, кардинально (на 90 %) снижаются выбросы оксидов азота (NOx), снижение выбросов парниковых газов на эквивалентную мощность составляет 25 – 30 %, что является дополнительным аргументом в пользу перевода судовых двигателей на газовое топливо в свете современных экологических требований ИMO.

При реализации программы расширения использования газового топлива на водном транспорте Российской Федерации следует учитывать имеющийся мировой опыт, подтверждающий перспективность данного направления совершенствования СЭУ. В 1982 г. в Австралии было построено первое грузовое судно, работающее на сжатом газе, «Accolade», в 1985 и 1988 гг. в Канаде были спущены на воду однотипные паромы «Klatawa» и «Kulleet», на которых газ под давлением к6 25 МПа находился в 50 стальных баллонах общей вместимостью 14,7 м3, периодически пополняемых с помощью установленного на берегу компрессора, подключенного к городской газораспреы 34 делительной сети. В 1994 и 2000 гг. в Голландии были построены прогулочные суда, работающие на компримированном природном газе (КПГ) «Mondriaan», «Escher», «Rembrandt» и «VanGogh».

Из-за ограниченности допустимого объема емкостей, размещаемых в трюме судна без ущерба для его основных функций, а также в связи с необходимостью наличия в районе плавания специальной инфраструктуры для пополнения запасов топлива, КПГ не получил широкого применения на флоте.

Более перспективным представляется внедрение сжиженного природного газа (СПГ), поскольку он занимает в 2,5 – 3 раза меньше места [7]. Первым судном, не относящимся к классу газовозов и работающим на СПГ, явился построенный в 2000 г. в Норвегии паром «Glutra». В его двух подпалубных криогенных танках суммарной вместимостью 54 м3 размещается 10 т топлива, которого хватает на пять-шесть суток, а пополнение запасов осуществляется с помощью специального автомобиля-газовоза. В 2008 г. в Бразилии был спущен на воду грузопассажирский паром «Ivete Sangalo» на СПГ. Положительные результаты эксплуатации в Таиланде 12 контейнеровозов на СПГ, построенных в Китае в 2009–2010 гг., вызвали закономерный интерес со стороны международного бизнеса, вследствие чего китайские верфи получили заказ на создание еще 12 аналогичных судов.

Наибольшее распространение СПГ получил на судах, обеспечивающих освоение, эксплуатацию и снабжение морских нефтегазопромыслов. Только на морских месторождениях Норвегии судов такого типа задействовано порядка 20 единиц и их строительство продолжается [8].

По оценке специалистов норвежского классификационного общества DNV, проектируемое судно типа VLCC, использующее СПГ, будет обладать следующими преимуществами по сравнению с обычным танкером указанного класса: на 34 % более низкий уровень выбросов СО2, на 80 % более низкий уровень выбросов NOx, на 95 % – SOx, на 25 % меньшее энергопотребление. К аналогичным заключениям пришли эксперты судостроительной компании «STX France». Японская компания «Oshima Shipbuilding Co» совместно с норвежским классификационным обществом DNV представила первые итоги реализации концепции «ECO-Ship 2020», в рамках которой разрабатывается проект балкера с большим процентом раскрытия палубы (OHBC – Open Нatch Вulk Сarrier). Преследуется цель создания судна с минимально возможным уровнем затрат на топливо, удовлетворяющего экологическим требованиям и одновременно являющегося максимально эффективным с точки зрения эксплуатации. За счет применения СПГ балкер не будет иметь выбросов SOx и твердых частиц, на 90 % сократится NOx и, как минимум, на 50 % – CO2.

Крупной корпорацией по производству двигателей и другого оборудования, работающего на газомоторном топливе, является финская компания «Wrtsil», которая имеет целую линейку двигателей, работающих не только на дизельном тяжелом топливе, но и на природном нефтяном газе и биогазе. Мировой флот судов СПГ стремительно растет для удовлетворения растущего спроса.

Так, по состоянию на ноябрь 2010 г. в его составе было 360 судов СПГ. В стадии постройки при этом находилось еще 24 судна СПГ.

В 1984 г., в соответствии с постановлением Совета Министров СССР № 751, Минречфлот возложил на Ленинградский институт водного транспорта функции головной научно-исследовательской организации по решению вопросов использования газового топлива на речном транспорте. В результате в 1995 г. под руководством канд. техн. наук Н. Н. Фомина были выполнены успешные эксплуатационные испытания на природном газе первого в России пассажирского судна-газохода, созданного на базе т/х «Нева-1» (проект Р-35). В его создании принимали участие специалисты нашего вуза, АО «Инженерный центр судостроения», СПбГПУ, АО «Северо-Западное пароходство» и АОЗТ «Сигма-Газ».

Одним из наиболее перспективных направлений использования газового топлива в СЭУ является перевод на газомоторное топливо судов, работающих в черте города: прогулочных и экскурсионных судов, буксиров, теплоходов портового флота и лоцманских катеров. С одной стороны, именно для этих судов проблема экологической безопасности стоит особенно остро, а с ы другой – для их заправки топливом может быть использована городская газовая инфраструктура.

к6 Перспективным является также использование судов-газоходов в районах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера, где находятся предприятия по добыче природного газа и отсутствуют нефтеперерабатывающие предприятия, что вызывает трудность в обеспечении флота топливом нефтяного происхождения.

В России в 2006 г. в рамках проекта Сахалин-2 в поселке Пригородное на юге Сахалина был построен первый завод СПГ (запущен 18 февраля 2009 г.). Также планируется к созданию проект «Владивосток-СПГ» на полуострове Ломоносова (бухта Перевозная) в Хасанском районе и строительство завода в деревне Териберка в Мурманской области для транспортировки газа со Штокмановского месторождения потребителям в Атлантическом регионе. Активными темпами ведется реализация масштабного проекта по созданию в России крупного центра по производству СПГ на базе Южно-Тамбейского месторождения на Ямале и строительство морского порта в поселке Сабетта.

Расширение использования газового топлива на водном транспорте, целесообразное с экологической точки зрения и необходимое для удовлетворения современных требований ИMO, делает необходимым создание методологии проектирования СЭУ, предназначенных для работы на газомоторном топливе, при этом особое внимание следует уделять вопросам безопасности.

В работе [9], представленной Морской администрацией Дании на 83-й сессии Комитета по безопасности на море Международной морской организации ИМО, приводится анализ аварийности на газовозах в течение периода 1965 – 2005 гг., в течение которого на судах данного класса было зафиксировано 182 аварийных случая, из которых 24 случая не связаны с эксплуатацией судна (аварии на верфях во время постройки и ремонта, нападения пиратов и т.п.).

Исходя из статистики аварий, приводятся следующие виды опасностей, обусловленных наличием на судне СПГ и его паров:

1 – объемный взрыв газа, возникающий в результате его утечки в газообразном состоянии в замкнутом объеме при наличии источника воспламенения (источником воспламенения может служить открытое пламя, электрическая искра или горячая поверхность с температурой выше температуры самовоспламенения (для метана – 540 С));

2 – взрыв емкостей для хранения газа в результате повышения давления;

3 – пожар в результате горения разлившегося газа или струйный пожар в результате горения газа под давлением;

4 – газовое облако, в котором может возникнуть пожар.

5 – быстрое фазовое превращение при попадании сжиженного газа в воду, аналогичное взрыву без возгорания;

6 – «rollover» – резкое значительное увеличение давления в емкости для жидкого газа в результате перемешивания слоев газа с различной плотностью и резкого увеличения интенсивности парообразования в танке СПГ;

7 – удушение в результате попадания человека в облако газа;

8 – травмы от низких температур в результате воздействия сжиженного газа при контакте с кожей человека;

9 – загрязнение атмосферы в результате утечки газа.

При рассмотрении этих опасностей применительно к судам, использующим газовое топливо, очевидно, что для различных типов энергоустановок и различных способов хранения газа на судне не все опасности одинаково значимы. Например, при хранении газа в баллонах под давлением в закрытом помещении опасности пп. 5, 6 и 8 отсутствуют, но увеличивается вероятность реализации опасности пп. 1 и 7. В случае хранения газовых баллонов на открытых участках вероятность возникновения опасностей пп. 1 и 7 существенно снижается, но при этом повышается вероятность опасности п. 9.

Следует отметить, что наибольшую опасность представляют аварии, связанные с утечкой газа, вызывающей пожары и взрывы. Риск возникновения указанных опасностей необходимо учитывать при выборе способа хранения и использования газового топлива на судне при проектировании его энергетической установки. Имеющийся опыт использования газомоторного топлива к6 на водном транспорте свидетельствует о том, что наиболее перспективным является применение СПГ, поэтому конструкции емкостей для его хранения и местам их расположения должно удеы 36 ляться особое внимание.

Известны три основных способа использования газомоторного топлива в поршневых ДВС:

– реализация рабочего цикла, приближенного к циклу Отто, с внешним смесеобразованием и последующим сжатием газовоздушной смеси в цилиндре с воспламенением от искры;

– двухтопливные, работающие по циклу, приближенному к циклу Отто, с воспламенением топлива, подаваемого в цилиндр двигателя;

– двухтопливные, работающие по циклу, приближенному к циклу Дизеля, со сжатием в цилиндре двигателя воздуха и впрыском газового и дизельного топлива.

Для СЭУ наиболее рациональным является применение газодизельного цикла, который может реализовываться как с внешним, так и с внутренним смесеобразованием.

При внешнем смесеобразовании из впускного коллектора в цилиндры дизельного двигателя поступает газовоздушная смесь, сжимаемая в цилиндре. В конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается небольшое количество дизельного топлива, которое необходимо вследствие того, что давление в конце сжатия не обеспечивает достижения температуры самовоспламенения метана, составляющей 650–720 С и значительно превышающей температуру самовоспламенения дизельного топлива (320–380 С). Такой способ воспламенения, обеспечивающий возможность быстрого перехода с газового топлива на дизельное и обратно, реализован фирмой «Wrtsil» в двухтопливном двигателе 20DF. У быстроходных дизелей расход дизельного топлива, используемого для воспламенения и полного сгорания газовоздушной смеси (пилотного), составляет 10–20 % от количества, расходуемого при обычном дизельном процессе. В средне- и малооборотных дизелях для воспламенения требуется 5–8 % дизельного топлива. Созданы опытные модели двигателей, использующие 1 % пилотного топлива и работы по дальнейшему уменьшению его количества продолжаются.

Газодизельный цикл с внутренним смесеобразованием при непосредственном впрыске газа в цилиндр предпочтительнее по сравнению с газодизельным циклом с внешним смесеобразованием, так как степень сжатия в нем не ограничена вероятностью возникновения детонации газовоздушной смеси в процессе ее сжатии в цилиндре. Основной проблемой внутреннего смесеобразования является необходимость подачи газа в цилиндр под высоким давлением, что делает вероятность утечки газа значительно выше, чем при использовании двигателя с внешним смесеобразованием. Газодизельный процесс с внутренним смесеобразованием с непосредственным впрыском газа в цилиндр реализован фирмой MAN в двигателе L51/60DF, в конструкции которого предусмотрен впрыск в цилиндр газа и дизельного топлива, причем минимально необходимое количество пилотного дизельного топлива уменьшено до 1 % от общего потребления. Помимо экономии дизельного топлива уменьшение пилотной дозы обеспечивает снижение выбросов оксидов азота. Эмиссия NOх при работе на газовом топливе двигателем L51/60DF составляет 1,5 г/(кВт·ч), что полностью соответствует требованиям Прил. VI к МК МАРПОЛ 73/78 (уровень Tier III) для особых районов контроля выбросов оксидов азота.

Проведенный анализ свидетельствует о целесообразности продолжения работ по созданию отечественных конкурентоспособных судов-газоходов и подготовке предложений по переводу водного транспорта на газомоторное топливо. ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова» подготовлены предложения по разработке технологической платформы – межотраслевой научно-производственной программы «Водный транспорт на газомоторном топливе». Создание технологической платформы обеспечит координацию исследований и разработок по внедрению газомоторного топлива на водном транспорте и тиражирование экономических, организационных, правовых, технических и технологических инноваций, обеспечивающих перевод водного транспорта на газомоторное топливо.

Технологическая платформа включает следующие основные направления:

ы

– разработка предложений по созданию экономических, организационных и правовых к6 условий по стимулированию отраслевых организаций для использования газомоторного топлива;

– выбор и обоснование целесообразности применения компримированного, сжиженного природного или углеводородного газа в зависимости от типа судов, их грузоподъемности, автономности и бассейна плавания, а также видов наземного оборудования;

– разработка методики оценки энергоэкологической эффективности, научно-технического уровня и качества газовых, газодизельных, двухтопливных главных и вспомогательных двигателей и газового оборудования судов и наземных транспортных средств, производимых российскими и зарубежными предприятиями;

– разработка предложений по созданию унифицированного мощностного ряда дизельных энергетических установок судов-газоходов;

– разработка предложений по созданию схем и выбору унифицированного оборудования для бункеровки судов газомоторным топливом, обеспечение его унификации в соответствии с международными требованиями;

– выбор методов, контрольно-измерительных приборов и разработка инструкций по обеспечению пожаро- взрывобезопасности судов-газоходов, бункеровочных баз и судов-бункеровщиков;

– разработка предложений по совершенствованию Правил морского и речного регистров, а также технических регламентов;

– согласование программ использования газомоторного топлива на водном транспорте с аналогичными программами на других видах транспорта и экономики РФ в целом;

– разработка программ осуществления подготовки и переподготовки кадров для эксплуатации газового оборудования на судах-газоходах и бункеровочных базах.

Таким образом, проведенный анализ свидетельствует о том, что широкое внедрение использования газомоторного топлива на водном транспорте является целесообразным и актуальным в свете современных экологических нормативов и требований, предъявляемых ИMO.

Для решения данной задачи необходимо совершенствование методологии проектирования судов различного назначения (газовозы, буксиры, пассажирские) с комбинированными энергетическими установками, что позволит ускорить процесс модернизации существующих и строительства новых судов, работающих на газомоторном топливе и отвечающих всем современным требованиям.

Конвертацию судовых ДВС в газовые и газодизельные двигатели на российских дизелестроительных заводах целесообразно осуществлять в рамках реализации подпрограммы «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011 – 2015 гг. дизельных двигателей и их компонентов нового поколения», финансируемой Минпромторгом.

В результате проведенного анализа можно сделать вывод о том, что использование СПГ позволит не только снизить вредное воздействие на атмосферу портовых акваторий и водных путей в соответствии с экологическими требованиями ИMO, но и сократит эксплуатационные затраты и себестоимость перевозок.

Список литературы

1. Котиков Ю. Г. Транспортная энергетика: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ Ю. Г. Котиков, В. Н. Ложкин. – М.: ИЦ «Академия», 2006. – 272 с.

2. Международная конвенция по предотвращению загрязнений с судов (МАРПОЛ 73/78). – Кн. 3, прил. VI. Предотвращение загрязнения атмосферы судами. – СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2000. – С. 1–281.

к6

3. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы / Под ред. Б. Болисы, Б. Р. Дееса, Дж. Ягера, Р. Уоррики; Пер. с англ. под ред. М. Я. Антоновского и др.– Л.: Гидрометеоиздат, ы 38 1989. – 557 с.

4. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме – М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Госгидромет). – Т. 1: Изменения климата, 2008. – 230 с.

5. Мировое (глобальное) потепление на планете Земля [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа: http://www.worldwarming.info/printout253.htm.

6. Хачиян А. С. Сравнительная оценка выбросов двуокиси углерода различными двигателями / А. С. Хачиян // Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: сб. науч. тр. МАДИ (ТУ). – М., 2006. – С. 4–9.

7. Бармин И. В. Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра / И. В. Бармин, И. Д. Кунис. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. – 256 с.

8. Власов А. А. Придет ли природный газ на смену мазуту? [Электронный ресурс] / Электронные данные. – Режим доступа: http:// www.korabel.ru/ news/comments/ prid_t_li_prirodniy_gaz_na_ smenu_mazutu.htm

9. MSC 83/INF.3 «FSA Liquefied Natural Gas (LNG) Carriers Details of the Formal Safety Assessment», IMO, 2007.

–  –  –

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

IMPROVING THE EFFICENCY OF MARINE DISEL POWER PLANTS

Приведены опытные данные загрузки дизель-генераторных агрегатов нефтяного танкера. Показано, что данные агрегаты работают при переменной нагрузке, режим их работы необходимо оптимизировать. Важной задачей является сохранение постоянства частоты переменного напряжения при изменении нагрузок. Выполненный анализ загрузки основного и вспомогательных дизель-генераторов показал, что для большинства режимов их работы происходит либо перегрузка основного генератора, либо при параллельной работе нескольких генераторов их общая нагрузка снижается до 50 %. Анализ нагрузочных характеристик дизеля показал, что минимум расхода топлива приходится при его частичной нагрузке. В статье предложен метод повышения эффективности работы дизель-генераторных электростанций при переменной частоте вращения вала двигателя за счет стабилизации частоты электрической энергии до необходимого значения, реализованного в виде полупроводникового преобразователя частоты, состоящего из выпрямителя и инвертора напряжения. Экономия топлива в данном случае может достигать 20 %.

–  –  –

operation of multiple generators of their total load is reduced to 50 %. Analysis of load characteristics of a diesel engine showed that the minimum fuel consumption accounts for partial load. A method of increasing the efficiency of diesel generator power at a variable frequency motor shaft rotation due to frequency stabilization of electric power to the required values, implemented as semiconductor frequency Converter consisting of a rectifier and voltage source inverter. Fuel economy in this case can reach 20 %.

Ключевые слова: дизель-генератор, электростанция, нагрузка, частота.

Key words: diesel-generator, power plant, load, frequency.

В КАЧЕСТВЕ приводных двигателей электрических генераторов, используемых на судах для получения электроэнергии, применяются дизельные двигатели, паровые и газовые турбины. Применение последних в построении судовых электроэнергетических систем (СЭЭС) является особенно актуальным на судах-газовозах, где перевозимый груз может быть использован как основной энергоноситель. Однако благодаря ряду достоинств, основными из которых для судовых электростанций является быстрый ввод в эксплуатацию и экономичность, наибольшее распространение на сегодняшний день получили дизельные двигатели.

Для обеспечения постоянства частоты переменного напряжения частота вращения вала двигателя при изменении нагрузки должна оставаться постоянной. При проектировании САЭЭС в целях экономии моторесурса и дорогостоящих горюче-смазочных материалов комплектацию дизель-генераторных агрегатов (ДГА) выбирают так, чтобы в наиболее продолжительных режимах работы судна загрузка ДГА составляла 70–80 % номинальной мощности [1], [2].

Для этого каждый из возможных эксплуатационных режимов работы судна приводят в специальной таблице нагрузок, отражающей количество приемников электрической энергий, их коэффициент загрузки и одновременности, а также суммарную мощность. Однако, как показывает опыт эксплуатации, нагрузка судовой электростанции может изменяться в достаточно широком диапазоне [3], [4].

На рис. 1 представлен график изменения нагрузки ДГА судна класса VLCC (Very Large Crude Carrier) «Ayacucho» 2013 г. постройки водоизмещением 320 тыс. т.

Судно предназначено для перевозки нефти и нефтепродуктов и работает на линии между Китаем и Венесуэлой, периодически делая заходы в нефтеразгрузочные терминалы портов Карибского бассейна.

Из рис. 1 видно, что нагрузка СЭЭС не является долевой и большую часть времени не превышает 60 % от номинальной мощности работающего ДГА. При параллельной работе ДГА работают с нагрузкой не более 45–50 %. Включение ДГА на параллельную работу вызвана необходимостью включения на длительный период времени приемника электроэнергии, соизмеримой с ДГА мощностью, в частности электропривода балластного насоса, или одновременного пуска нескольких мощных приемников: электропривода пожарного насоса, главного пускового компрессора и др.

Низкий коэффициент нагрузки нескольких работающих ДГА может являться результатом «неудачного» выбора мощности генератора при проектировании судна. Для предотвращения подобных ситуаций электростанции некоторых судов данной серии («Genmar Vision», «Genmar Victory») при использовании менее энергоемких режимов эксплуатации оснащены вспомогательными ДГА меньшей мощности, что повышает стоимость СЭЭС [5], [6].

к6 ы

Рис. 1. График изменения нагрузки ДГА судна «Ayacucho» в различных режимах эксплуатации:

1 – ходовой; 2 – маневренный; 3 – выгрузка; 4 – работа балластных насосов; 5 – стоянка на якоре На рис. 2 приведена однолинейная схема судовой электростанции, в состав которой входят два ДГА и турбогенератор мощностью 1200 кВт каждый, а также аварийный ДГА мощностью 315 кВт.

Работа ДГА на долевой нагрузке при постоянстве частоты вращения существенно повышает расход горюче-смазочных материалов, что видно из рис. 3, на котором представлен удельный расход топлива в функции нагрузки вспомогательного дизеля [7], [8].

–  –  –

Анализ нагрузочной характеристики дизеля (рис. 3) показывает, что минимум расхода топлива приходится при нагрузке около 80% от номинальной [9]. В целях повышения эффективности судовой электростанции путем снижения расхода топлива перспективным является создание СЭЭС, в которой вспомогательный дизель работает с переменной частотой вращения в функции нагрузки. Оценить удельный эффективный расход топлива ge в зависимости от нагрузки можно при помощи универсальной (многопараметровой) характеристики вспомогательного дизеля [10].

Семейство кривых на графике, представленном на рис. 4, отображается при различных значениях удельного эффективного расхода топлива ge, которые являются минимальными внутри семейства и возрастают по мере удаления.

Штрихпунктирной линией на рисунке обозначен режим эксплуатации вспомогательного дизеля при наименьшем расходе топлива.

Анализ графических зависимостей, представленных на рис. 4, показывает, что обеспечение оптимального расхода топлива вспомогательного дизеля, работающего при изменяющейся нагрузке, возможно регулированием его частоты вращения.

Рис. 4. Универсальная характеристика дизеля

Работа ДГА с переменной частотой вращения приводит к изменению частоты напряжения судовой сети. Для поддержания постоянства частоты в судовой сети можно использовать полупроводниковые преобразователи частоты (ППЧ) [11]. На рис. 5 приведена функциональная схема вентильного ДГА, работающего с переменной частотой вращения.

–  –  –

При изменении нагрузки в судовой сети меняется частота вращения вентильного ДГА. Постоянство частоты тока в судовой сети осуществляется за счет ППЧ, выполненного со звеном постоянного тока на базе активного выпрямителя 1 и автономного инвертора 2.

Как показал проведенный технико-экономический анализ, экономия топлива при использовании вентильных ДГА в составе современных СЭЭС может достигать 20% и более [12].

Список литературы

1. Алешков О. А. Повышение топливной экономичности первичного дизеля в составе многофункционального энерготехнологического комплекса оптимизацией скоростного режима: автореф. дис.... канд. техн. наук / О. А. Алешков. – Барнаул, 2009.

2. Григорьев А. В. Результаты ходовых испытаний единой электроэнергетической установки гидрографического судна «Вайгач» / А. В. Григорьев, Д. И. Улитовский, Е. А. Глеклер // Судостроение. – 2008.– № 1. – С. 33–35.

3. Баранов А. П. Современные и перспективные валогенераторные установки / А. П. Баранов, А. В. Григорьев, В. А. Петухов // Морской флот. – 2003.– № 3. – С. 28.

4. Петухов В. Совершенствование эксплуатационных режимов судовых дизель-гене-раторных агрегатов / В. Петухов, А. Баранов, А. Григорьев // Zeszyty naukowe NR 68: сб. рецензированный. – ISSN 0209-2069. «Obslugiwanie maszin i urzadzen okrentowyh» («Обслуживание двигателей и судовых технических средств»). Typografia i sklad. – Dzial Wydawnictw Wyzszej Szkoly Morskiej, Szcecin, 2003. – С. 359–366.

5. Григорьев А. В. К вопросу о повышении экономичности судовых и корабельных ДГА : сб.

трудов научно-практического семинара по вопросам создания, боевой и повседневной эксплуатации электроэнергетики кораблей ВМФ, В 95047/ А. В. Григорьев. – СПб: ВМА им. адм. флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова. – 2004.– С. 40–43.

6. Петухов В. А. Анализ и оптимизация эксплуатационных режимов судовых дизель-генераторов / В. А. Петухов, А. П. Баранов, А. В. Григорьев // Эффективность работы энергетических установок и технических средств: междунар. сб. науч. тр. – Калининград: Изд. КГТУ, 2003. – С. 98–105.

7. Григорьев А. В. Эксплуатация судовых систем электроснабжения / А. В. Григорьев, А. В. Лемин. – СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2009.

8. Григорьев А. В. Анализ нагрузки дизель-генераторов нефтехимовозов серии «AZOV SEA»

в эксплуатационных режимах / А. В. Григорьев, А. А. Петров // Эксплуатация морского транспорта. – 2005. – Вып. 44. – С. 158–164.

9. Григорьев А. В. Результаты экспериментальных исследований работы ДГ с отрицательной неравномерностью скоростной характеристики / А. В. Григорьев, Г. А. Новоселов // Эксплуатация морского транспорта. – 2005. – Вып. 44. – С. 165–173.

10. Григорьев А. В. Оптимальная регулировочная характеристика дизель-генераторного агрегата / А.В. Григорьев // Электросистемы. – 2006.– № 1 (13) – С. 23–25.

11. Григорьев А. В. Исследование дизель-генератора, работающего с переменной частотой вращения, на компьютерной модели / А. В. Григорьев // Электросистемы. – 2006.– № 2 (14). – С. 17–19.

12. Григорьев А. В. Моделирование дизель-генераторных агрегатов с использованием результатов экспериментальных исследований / А. В. Григорьев, Р. И. Ивановский, Е. А. Глеклер // Компьютерное моделирование 2009: тр. Междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Изд-во Политехн.

ун-та, 2009. – С. 109–113.

ы к6

–  –  –

МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ СИНТЕЗА КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТИ

РАЗМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОБЪЕКТА

В КОНСТРУКТИВНЫХ ЕДИНИЦАХ ОГРАНИЧЕННОГО ОБЪЕМА

ПО МИНИМУМУ ТОЧЕК КОНТРОЛЯ

–  –  –

В статье рассмотрены два подхода к синтезу контролепригодности размещения компонентов объекта, а также методические и теоретические вопросы решения задач синтеза. Изложены аспекты и составляющие системной контролепригодности. Предложено решение задачи синтеза контролепригодноси объекта путем разбиения на подклассы меньшей размерности. Показано, что такое разбиение возможно только на основе выбора дополнительных точек контроля относительно выходных контрольных точек.

Установлено, что при анализе схемы судовой электроэнергетической системы (СЭЭС) произвольной конфигурации первоочередной задачей является оценка состояний работоспособности и состояний отказа схемы относительно узла. Предложен формальный способ выделения в сложной многоэлементной схеме СЭЭС одно- и двухэлементных сечений как эффективный прием декомпозиции СЭЭС структурно-функциональной контролепригодности и оценки вероятности отказа системы относительно узла нагрузки и, следовательно, оценки математического ожидания коэффициента относительной потери мощности (КОПМ).

In the article there considered two approach of controllability synthesis in terms of the object components placement, also methodical and theoretical questions of synthesis issues solutions. Also in the article you can find aspects and components of system controllability.

There is suggested a solution of an abject controllability synthesis by breaking into subclasses with a smaller dimensionality. There is shown that the breaking is possible only when it is based on additional control points relative to output control points.

There was established that at the free configuration ship electrical power system (SEPS) scheme analysis the main issue is an operability states estimation and a scheme failure (relative to a unit) states estimation. There was suggested formal approach of one or two-elements sections selection in a complicated poly-elements SEPS scheme as an effective technique of SEPS decomposition by a structural-and-functional controllability and the system failure possibility estimation relative to load unit and therefor an estimation of relative power loss factor (RPLF) expectation.

Ключевые слова: судовая электроэнергетическая система, электрооборудование, контролепригодк6 <

–  –  –

П ОСТАНОВКА задачи синтеза контролепригодности (КП) [1] – [3] размещения компонентов объекта в конструктивных блоках по минимуму точек контроля может быть осуществлена при наличии двух подходов: при жестком закреплении компонентов объекта за конструктивными единицами и без такого жесткого закрепления. Методические и теоретические вопросы решения задачи без жесткого закрепления компонентов объекта за конструктивными единицами рассматриваются исходя из предпосылки существования определенного числа m конструктивных единиц объекта контроля, которым соответствуют совокупности определенных вершин граф-модели G(V, U), образующие его подграфы, а рассматриваемую задачу можно сформулировать как задачу разбиения граф-модели G(V, U) на подграфы [2] G1(V1, U1),..., Gi(Vi, Ui ),..., Gm(Vm, Um ).

Задача поиска такого разбиения графа Q (V, U) на подграфы состоит в удовлетворении ограничений по объему и минимизации точек контроля для поиска дефектов с точностью до выделенной конструктивной единицы. Для простоты рассуждений будем полагать, что ограничения по «весу» для всех конструктивных единиц одинаковы, а в объекте контроля возможны только одиночные дефекты, что в большинстве случаев подтверждается практикой эксплуатации судового электрооборудования [4]. Если принять в качестве первоначального множества контрольных точек «У» только выходные вершины графа Q (V, U) и при этом допущении построить матрицу проверок, то с ее помощью известными методами можно выделить классы эквивалентности одиночных дефектов, анализируя которые можно обнаружить, что часть из них могут рассматриваться как конструктивные элементы объекта контроля, а оставшиеся классы второго типа необходимо разбить на подклассы меньшей размерности. Это разбиение возможно только на основе выбора дополнительных точек контроля относительно выходных контрольных точек. Дополнительные точки контроля необходимо выбрать так, чтобы они, с одной стороны, разбивали наибольшее число классов второго типа, а с другой стороны, чтобы новые подграфы удовлетворяли ограничению на «вес» подграфа. Для решения такой задачи наиболее удобно каждый класс второго типа разбить на двухэлементные множества построением всех возможных сочетаний по два из элементов каждого класса [5]. Затем для каждого полученного двухэлементного множества определяются нарушающие множества.

Процедура разбивает все классы второго типа на классы меньшей размерности, анализ которых по ограничению на «вес» вновь выявляет допустимые по «весу» подграфы. Если снова обнаруживаются среди очередного множества разбиений недопустимые по «весу» подграфы, то процедура дальнейшей декомпозиции продолжается для оставшегося неудовлетворительного по «весу» множества подграфов до тех пор, пока не будут получены все допустимые разбиения. Если при этом останутся вершины, которые не вошли ни в один подграф, то их можно включить либо в подграфы, у которых есть допустимый «запас веса», либо сформировать из них в произвольном порядке один или несколько (с учетом ограничения) произвольных подграфов, завершающих процесс разбиения исходных подграфов.

Следует иметь в виду, что на очередном шаге разбиения подграфов может оказаться, что ни один из вновь полученных подграфов не удовлетворяет «весовому» ограничению. Тогда в процедуру разбиений на подграфы включается следующее правило: среди всех покрытий очередного шага выбирается такое, при котором обнаруживается наименьшее число неудовлетворительных разбиений. Повторение процедуры при новом правиле, как показал опыт [6], обеспечивает однозначное завершение декомпозиции матрицы R.

Рассмотренные положения синтеза КП определяют конструктивно-технологический аспект рационального поиска совокупности конструктивных единиц при жестком или произвольном размещении в них отдельных компонентов объекта контроля при минимальном множестве точек контроля, обеспечивающих различимость дефекта с точностью до образованных конструктивных ы

–  –  –

да особенности назначения или особенности конструктивного характера вынуждают в качестве исходного рассматривать только внешние выходы как заданное число точек контроля «У». Тогда возникает задача размещения компонентов объекта в выбранных конструктивных единицах таким образом, чтобы имеющееся число контрольных точек «У» могло обеспечить различимость дефектов при их произвольной кратности [7].

Если по множеству контрольных точек «У» построить матрицу проверок В, в которой обнаруживаются множества совпадающих между собой столбцов, характеризующих классы эквивалентности одиночных дефектов, и оставить из каждого класса по одному представителю, а столбцы, соответствующие остальным элементам каждого класса, вычеркнуть, то получим усеченную по числу столбцов относительно В матрицу проверок В. Если выделить из всех строк матрицы В строку с минимальным числом ненулевых элементов и анализируя ее, затем исключить из матрицы В столбцы, содержащие в выделенной строке ненулевые элементы, то можно сформировать множество V номеров вычеркнутых столбцов. Если обнаруживается при реализации этой процедуры усечения матрицы В несколько одинаковых строк, то в качестве первой может быть взята любая из них. В оставшейся усеченной матрице вновь отыскивается строка с минимальным числом ненулевых элементов, и процедура выделения нового множества столбцов по выделенной строке повторяется. Процесс продолжается до тех пор, пока не будут исключены все столбцы матрицы В, и получены множества V. Суть процесса декомпозиции на отдельные подматрицы состоит в поиске однозначных функциональных связей различной длины по составу компонентов объекта контроля [8]. Если из элементов классов полученных подклассов образовать подграфы, то процедуру образования соответствующих им конструктивных единиц можно полагать завершенной.

Использование полученной структуры объекта контроля при исходном заданном множестве точек контроля для поиска дефектов с точностью выделенных конструктивных блоков основывается на следующих предпосылках. Проведение декомпозиции по матрице проверок В с контролем работоспособности и формированием дополнительного к В столбца, содержащего «0» и «1» в зависимости от результатов проверок, с последующим отысканием строк, соответствующих положительным результатам проверки (отсутствию дефектов), т.е. содержащих в дополнительном столбце единицу, и вычеркиванием их из матрицы В, а затем вычеркиванием столбцов, содержащих в вычеркнутой строке единицу, т.е. удалением из матрицы элементов, не входящих в множество компонентов объектов контроля, имеющих отношение к возникновению дефекта, позволяет во вновь полученной матрице В оставить только те элементы, которые так или иначе связаны с существованием дефекта. Поскольку задача состоит в отыскании дефекта в пределах одного конструктивного элемента, в матрице В необходимо отыскать такую строку, ненулевые элементы которой принадлежат только одному конструктивному блоку. Следовательно, эта конструктивная единица и содержит искомый дефект. После замены неисправного блока и проведения новой проверки вновь получается дополнительный столбец с результатами проверки. Повторный анализ матрицы проверок по данным вновь полученного дополнительного столбца позволит обнаружить очередной дефектный конструктивный блок. Процедура продолжается до тех пор, пока все дефектные конструктивные блоки не будут полностью обнаружены. Поиск завершается единичным вектором-столбцом результатов очередной проверки.

Синтез контролепригодности электрооборудования, электросхем систем управления, защиты и сигнализации СЭЭС при размещении компонентов объекта в конструктивных единицах по минимуму стоимости поиска дефектов рассматривается также как задача декомпозиции графамодели объекта контроля и его подграфов, при которой, с одной стороны, удовлетворяются «весовые» (по объему) ограничения, а с другой – обеспечивается поиск одиночных и кратных дефектов при совокупности проверок минимальной стоимости.

Процедура декомпозиции матрицы В остается такой же, как и ранее рассмотренная [2], когда по матрице В определяются все классы эквивалентности одиночных дефектов с разбиением их на два класса, первый из которых удовлетворяет ограничениям на «вес» конструктивных единиц, а второй к6 не удовлетворяет. Очевидно, что выбор дополнительных точек контроля связан с анализом второго класса эквивалентности одиночных дефектов. Для этого каждый из классов второго типа разбиваеты 46 ся на двухэлементные множества путем построения всех возможных сочетаний по два из элементов каждого класса. Затем уже для каждого из вновь образованных двухэлементных множеств определяются нарушающие множества. При этом нахождение минимального покрытия системы множеств сводится к минимальному покрытию матрицы из «0» и «1». Если раньше в качестве оценки эффективности покрытия использовалось количество столбцов матрицы R, вошедших в покрытие, то при новой постановке задачи целесообразно отыскивать те покрытия, которые приводят к минимальной стоимости матрицы R. Однако при таком критерии оценки эффективности покрытия матриц второго класса могут возникать ситуации, когда на очередном шаге процедуры обнаруживается хотя бы один класс, не удовлетворяющий ограничению по весу и поэтому требующий дальнейшего разбиения, а также в процессе декомпозиции графа-модели на классы и подграфы возникает вариантность изза наличия одинаковых столбцов или строк в матрице проверок В. В этой связи выбор очередного варианта из совокупности одинаковых по «весу» нужно выбирать по минимуму стоимости порождаемых ими проверок [9]. При разбиении с учетом поиска кратных дефектов выбор точек контроля осуществляется таким образом, чтобы порождаемые ими проверки имели минимальную стоимость.

Процедуры и алгоритмы разбиения множества компонентов объекта контроля на конструктивные единицы на определенных стадиях их реализации, связанных с выбором дополнительных точек контроля, могут быть увязаны с поиском минимума стоимости не только в связи с реализацией порождаемых ими проверок, но и с внедрением дополнительных точек контроля.

Поскольку уровень КП системы в целом определяется эффективностью проверки правильности функционирования, оценки работоспособности и поиска обнаруженных при контроле дефектов, при оценке эффективности функционирования следует различать два аспекта: вещественно-энергетический и структурно-функциональный. Первый аспект обусловлен балансом генерируемой и потребляемой электроэнергии, второй – неизменностью структуры и ее реакций на внешние дестабилизирующие воздействия. Для современных централизованных, концентрированных, с высоким уровнем автоматизации управления процессами генерирования и распределения электроэнергии СЭЭС второй аспект является определяющим.

Совершенствование систем автоматического контроля и управления СЭЭС имеет непосредственное отношение к оценке состояний работоспособности и состояний отказа узлов генерирования и потребления электроэнергии при известных состояниях путей передачи электроэнергии.

Очевидно, если путь между узлом генерирования и узлом нагрузки включает в себя двухэлементные сечения, то можно полагать, что уровень надежности функционирования, а значит и уровень системной КП СЭЭС будет выше, чем при наличии в пути одноэлементных сечений.

Полагая, что одной из основных причин снижения эффективности функционирования СЭЭС является недостаточный уровень ее КП, не обеспечивший прогноз структурных и режимных нарушений, связанных с ее статической и динамической устойчивостью, можно принять, что в качестве наиболее целесообразного показателя, отражающего влияние КП, следует рассматривать отношение фактически генерируемой и передаваемой электроэнергии к потенциально-достижимой в качестве коэффициента относительной потери мощности (КОПМ).

Количественная оценка КОПМ при стохастически меняющейся структуре СЭЭС может быть достигнута при вероятностном подходе к анализу не только состояний структуры системы, но и характеристик функционирования СЭЭС с помощью интегральных вероятностных характеристик различных режимов ее функционирования.

В общем случае можно выделить два аспекта исследования системной КП:

– аспект КП, обусловленный анализом структуры СЭЭС, взаимосвязей элементов и их пропускных возможностей;

– аспект КП, определяемый анализом ограничений режимов функционирования при известных структурах системы.

С учетом этого можно выделить следующие составляющие системной КП СЭЭС (с достаы точной степенью условности):

к6

– структурно-функциональную КП СЭЭС;

– режимно-функциональную КП СЭЭС.

Оценка уровня структурно-функциональной КП наиболее актуальна и имеет большие логические основания для проектных постановок задач. В частности, при эксплуатации СЭЭС с режимной избыточностью доминирующее значение приобретает оценка режимно-функциональной КП СЭЭС.

Установлено, что при анализе схемы СЭЭС произвольной конфигурации первоочередной задачей является оценка состояний работоспособности и состояний отказа схемы относительно узла.

Формальный способ выделения в сложной многоэлементной схеме СЭЭС одно- и двухэлементных сечений можно рассматривать как эффективный прием декомпозиции СЭЭС по структурно-функциональной контролепригодности и оценки вероятности отказа системы относительно узла нагрузки и, следовательно, оценки математического ожидания КОПМ. Для характеристики режимно-функциональной КП СЭЭС помимо рассмотренного ранее показателя, целесообразно ввести в качестве дополнительного показателя условную вероятность того, что в системе не произойдет каскадного развития аварии при условии возникновения первичного возмущения.

Методические аспекты исследования режимно-функциональной КП СЭЭС основаны на необходимости оценки КОПМ как суммы дефицита электропотребления по всем состояниям системы, вероятностная схема которой задается как детерминированно (при небольшой размерности), так и стохастически (при большой размерности). В последнем случае обобщенные параметры и режимы электропотребления задаются системой случайных величин. Установлено, что в основе применения вероятностных моделей СЭЭС, практически доступных для анализа режимно-функциональной КП, лежит оценка законов распределения параметров режимов СЭЭС, однако их определение по законам распределения нагрузки для сложных СЭЭС на современном этапе представляет практически неразрешимую задачу. Наиболее целесообразно использовать интегральные вероятностные характеристики режимов и по ним определять параметры законов распределения, вид которых устанавливается по результатам анализа физического существа задачи [10]. Такая оценка интегральных вероятностных характеристик для проведения эффективных практических расчетов с использованием систем случайных величин при моделировании режимов СЭЭС представляет собой сложную научно-техническую задачу и требует отдельного рассмотрения и анализа.

Список литературы

1. Каракаев А. Б. Сущность понятия коммутационной контролепригодности сетей электрооборудования судов / А. Б. Каракаев, А. В. Луканин // Эксплуатация морского транспорта. – 2012. – № 1 (67). – С. 58–60.

2. Каракаев А. Б. Основные методически вопросы анализа и синтеза контролепригодности систем сложной конструктивно-технической и организационной структуры на примере СЭЭС и ее элементов / А. Б. Каракаев, А. В. Луканин // Эксплуатация морского транспорта. – 2013. – № 2 (72). – С. 63–67.

3. Каракаев А. Б. Теоретические основы анализа контролепригодности судовой электроэнергетической системы и ее элементов / А. Б. Каракаев, А. В. Луканин // Вестник Государственного университета морского и речного флота. – 2013. – № 3 (22). – С. 54–58.

4. Айзерман М. А. Выбор вариантов: основы теории / М. А. Айзерман, Ф. Т. Алескеров. – М.:

Наука, 1990. – 240 с.

5. Барлоу Р. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. / Р. Барлоу, Ф. Прошан; пер. с англ.– М.: Наука, 1984.

6. Афонасьев В. Г. Комплекс программ для анализа надежности сложных систем / В. Г. Афонасьев, О. В. Талов, Н. С. Филатов // Моделирование и контроль качества в задачах обеспечения надежности. РЭУ: сб. тр. межд. НТС-Шауляй, 1992. – С. 24–26.

к6

–  –  –

АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

ПО НАГРУЗКАМ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКООБОРОТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ САТ 3500 СЕРИИ МОРСКИХ БУКСИРОВ

–  –  –

Выполнен анализ главных двигателей марки «Caterpillar» модели САТ 3500В морских буксиров посредством переносного диагностического устройства. Получены зависимости нагрузки от частоты вращения коленчатого вала двигателя при швартовном и ходовом режимах эксплуатации. Показано, что разница нагрузки для двигателей на швартовных режимах по отношению к нагрузкам на ходовых режимах эксплуатации составляет примерно 10 %. Подтверждено, что удельный расход топлива при значении менее 10 % Neном завышен по сравнению со значениями, полученными при стендовых испытаниях аналогичных двигателей САТ 3500В. Доказано, что эксплуатация двигателя при частоте вращения менее 900 мин-1 приводит к повышенному расходу топлива. Показано, что благоприятные режимы работы двигателей при швартовных и ходовых режимах работы лежат в пределах 10–40 %. Neном. Сделаны выводы по анализу работы высокооборотных двигателей морских буксиров в течение всего периода эксплуатации.

The tug’s main engine analysis of loading is made by portable diagnostic device. Dependence between load and RPM are received during mooring and running modes operation. The ten percent is shown different between mooring mode and running mode. Specific fuel consumption of till 10 % Neном is above the reference engine. It is proved that 900 min-1 or less of the engine operation leads to increased fuel consumption. Specific fuel consumption is satisfactory between 10 –40 % Neном during mooring and running modes of operation. Conclusions are made to tugs high-speed engines operating analysis at the all of life time.

Ключевые слова: двигатель, диагностика, морской буксир, нагрузка, частота вращения коленчатого вала.

Key words: engine, engine diagnostics, tug, load, crankshaft, revolution per minutes.

–  –  –

анализа построенных судов в РФ под наблюдением РМРС за период 2000–2012 гг. 53,1 % судов используют ВОД фирмы «Caterpillar».

В настоящее время для морских буксиров характерными (основными) режимами эксплуатации главных двигателей являются режимы пониженных нагрузок. В качестве главных двигателей на таких судах применяются два ВОД с наддувом номинальной мощностью от 1000 до 2100 кВт [1], расположенных по правому и левому борту. Эксплуатация двигателей на режимах пониженных нагрузок менее 50 % от номинальной мощности Neном приводит к снижению техникоэкономических показателей дизеля и надежности судна в целом [2]. В связи с этим проведение натурных испытаний на судах для определения характерных режимов работы двигателей и расхода топлива является актуальной задачей.

Объектом экспериментального исследования являются современные судовые ВОД производства фирмы «Caterpillar» модели САТ 3500В номинальной мощностью до 1230 кВт и номинальной частотой вращения до 1850 мин-1. На рис. 2 а представлены статистические данные по нагрузке главных ВОД морских буксиров, полученные на основании постоянного мониторинга в течение 10 лет эксплуатации при помощи универсальной мобильной системы. Как правило, эта система четко определена, т.е. заданы все контролируемые параметры и границы их допустимых изменений. Имеющаяся информация о рабочих процессах используется в выводе параметров на дисплей оператора и в системах диагностики оборудования дизельных двигателей фирмы и называется «Caterpillar Electronic Technician» (сокращенно – «САТ ЕТ») – рис. 1.

Дизельный двигатель САТ 3500В оснащен электронным блоком эффективного управления (БЭУ), который контролирует рабочие параметры двигателя. БЭУ способен принимать решения в случае, когда определенные параметры достигают допустимых пределов. Эти решения выражены в трех ответных действиях: «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ», «СНИЖЕНИЕ НАГРУЗКИ», «ОСТАНОВ».

То или иное действие программируется в БЭУ посредством диагностической программы САТ ЕТ, имеющей следующие возможности:

– ввод согласованных параметров;

– программирование степени контроля параметров (уставка, контроль предельно допустимых параметров);

– программирование времени срабатывания сигнала.

Система слежения БЭУ активируется после запуска двигателя, когда частота вращения коленчатого вала достигнет на 50 мин-1 ниже значения оборотов холостого хода.

–  –  –

Оператор (вахтенный механик) наблюдает за двигателем во время его работы, считывая пок6 казания приборов, выведенных на приборную панель. При возникновении кодов неисправности двигатель реагирует согласно заложенной в него программе. В это время оператор должен найти ы

–  –  –

На рис. 2 а приведена гистограмма нагрузок ГД САТ 3500 в течение всего периода эксплуатации, откуда видно, что нагрузка на двигатели 0–15 % Neном приходится на большую часть (до 80 %) эксплуатационного времени морского буксира, при режиме средних нагрузок (30–50 % Neном) двигатели отработали 7 % от общего эксплуатационного периода.

а)

–  –  –



Pages:   || 2 | 3 | 4 |



Похожие работы:

«ПЛИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ Ф4ПДКЭ/900 Паспорт и руководство по эксплуатации. "ПЛИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ" Данный паспорт является документом, совмещенным с руководством по эксплуатации, распространяе...»

«Полицинский Евгений Валерьевич, Крампит Максим Андреевич БРОНЕТАНКОВЫЕ СИЛЫ СОЮЗНИКОВ ВО ВТОРОЙ МИРОВОЙ В данной работе приведена картина бронетанкового противостояния в годы Второй мировой войны. Для ее целостного представления...»

«Scientific Linux Cyrillic Edition Руководство по установке Copyright c 2008-2009 ОАО ЛИНУКС ИНК. Данное руководство может свободно использоваться и распространяться на условиях, оговоренных в Open Publication License, v1.0, доступной по следующему ресурс...»

«ОБЪЯВЛЕНИЕ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ЗАКУПКАХ СПОСОБОМ ЗАПРОС ЦЕНОВЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ N:187692 1. в лице "Восточные МЭС" (наименование заказчика) объявляет о проведении электронных закупок способом запроса ценовых предложений Станок заточной настольный двойной (наименование закупки) 2. Перечень лотов № Наименование Краткая Дополнительная Кол-во Ед. Планиру...»

«14. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОТЕХНИКИ И СВЯЗИ Р. Р. Биккенин, С. Д. Хворов ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИГНАЛОВ С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ В УСЛОВИЯХ НАИХУДШИХ ПОМЕХ Рассматривается метод автокорреляционной обработки псевдослучайных сигналов, в основе которого лежит использование относительной фазовой модуляци...»

«Магистерская программа "Управление рисками и страхование" Информационно-аналитическое обеспечение риск-менедмента Тема 1. Основные принципы интегрированного риск-менеджмента Целенаправленное и постоянное осознание и отслеживание рисков. Оценка вероятности возникновения и величины последс...»

«Ежедневный комментарий 2013-01-17 Последние обзоры и комментарии: Стратегия на 2013 год Электронная почта Специальный комментарий к размещению еврооблигаций Московского Аналитика кредитного банка Наши контакты Специальный комментарий к размещению рублевых еврооблигаций Газпромбанка Индикаторы М М ВБ S&P 500 Нефть...»

«Кристер Йоргенсен Гитлеровская машина шпионажа. Военная и политическая разведка Третьего рейха. 1933-1945 Серия "Хроника войны" Текст предоставлен издательством http://www.litres.ru/pages/biblio_bo...»

«OCTAGRAM FLEX РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ OCTAGRAM RUS г. Москва 1й Басманный пер. 12 1. Введение Внимание! Использование ПО "Octagram Flex" возможно только при наличии лицензионного ключа! Количество и состав устройств, с которыми...»

«Приложение к Уставу МОУ OОШ №11, утвержденного постановлением ААМР "21_"_декабря_2011 г. № _901_ Регламент работы Управляющего Совета образовательного учреждения Глава 1. Общие положения Статья 1. Управляющий Совет Управляющий Совет – коллегиальный орган государствен...»

«Инструкция по работе с модулем Диадок для программы 1С Версия 1.3.01 от 26.04.13 г. Содержание 1. Описание модуля 2. Совместимость модуля 3. Аппаратно-программные требования 4. Открытие модуля 4.1. Главное окно модуля 4.2. Карточка электронного документа 4.3. Окно отправки документов 5. Добавление своих организаций, по...»

«РЕГИОНАЛЬНЫЙ КАЛЕЙДОСКОП (06 – 13 октября, 2008 г.) Макрорегион "Дальний Восток"МТС ПРЕДСТАВИЛА ЖИТЕЛЯМ БУРЯТИИ ТАРИФ "БАЙКАЛЬСКИЙ" Жители Республики Бурятии с 10 октября могут подключиться на специаль...»

«Н. В. Ениосова Н. В. Ениосова "Жили в лесу, молились колесу."1 (о новой находке скандинавского амулета из Гнёздова) Г нёздовская коллекция языческих амулетов является самой крупной за пределами Северной Европы. Здесь обнаруже...»

«Общие положения Защитными средствами называются приборы, аппараты, переносные и перевозимые приспособления и устройства, а также отдельные части устройств, приспособлений и аппаратов, служащие для защиты пе...»

«СОДЕРЖАНИЕ 1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ 4 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ 6 3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ 7 4. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ 11 5. КОНТРОЛЬ И...»

«"28" ноября 2014 г. ЗАО "ФБ ММВБ" (наименование биржи) (наименование должности и подпись уполномоченного лица биржи) Печать ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОСПЕКТ ЦЕННЫХ БУМАГ "Российский акционерный коммерческий дорожный банк" (открытое акционерное общество) Биржевые облигации документарные процентные неконв...»

«ОБЪЯВЛЕНИЕ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ЗАКУПКАХ СПОСОБОМ ЗАПРОС ЦЕНОВЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ НА ПОНИЖЕНИЕ N:270722 1. "Электр желілерін басару жніндегі азастан компаниясы "KEGOC" (Kazakhstan Electricity Grid Operating Company) акционерлік оамы в лице Филиал акционерного общества Казахстанская компания по управлению электрическими...»

«Приложение №1 к приказу Министерства здравоохранения Российской Федерации от "" _ 2013 г. № ОТРАСЛЕВАЯ СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОТЧЕТНОСТЬ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТЬ ГАРАНТИРУЕТСЯ ПОЛУЧАТЕЛЕМ ИНФОРМАЦИИ Нарушение порядка представления статистической...»

«Поток 8 класс. Примерный вариант конкурсного тестирования Каб. № Конкурсный номер ГБОУ Лицей № 1535 Примерный вариант конкурсного тестирования по русскому языку для абитуриентов, поступающих в 8 класс Инструкция по оформлению конкурсной работы Время тести...»

«1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ 1.1. Областные соревнования по футболу на приз "Кожаный мяч" проводятся с целью:популяризации футбола среди детей и подростков;привлечения детей и подростков к регулярным занятиям футболом;укрепления здоровья и организации досуга детей и подростков;выявления способных футболистов для их даль...»

«ООО "ДЛ Групп" 603163, Россия г. Нижний Новгород ул. Родионова 193/3, офис 15 тел: 8 800 333 76 03 e-mail: info@dreamlaser.ru www.dreamlaser.ru Каталог программного обеспечения PANGOLIN Обзор продуктов Pangolin Laser Software Полноценная система создания и проигрывания лазерных шоу Lasershow Designer LD2000...»

«Округ Дейн Программа добровольной регистрации для получения помощи при стихийных бедствиях Форма добровольной регистрации для получения помощи при стихийных бедствиях Личные данные Дата заявления: Новое заявление Обновление ранее поданного заявления Фамилия И...»

«Алексей Викторович Свиридов, Александр Бирюков Истребители. Разорванное небо Аннотация Разорванное небо Балкан. Горящие дома, изуродованные трупы в пыльных кюветах дорог, вереницы беженцев – женщин, стариков и детей. Вчершние соседи, глядящие друг на друга ск...»

«,\" 9-Й. 1— 15 мая 1911 года. Годъ изданія восемнадцаты й исковъ. Плоссвзя уд., д. Шорохова Телефолх 8 2 1 6. Типографія Губерв. Земства ОТКРЫ ТА ПОДПИСКА н а ж у р На л ъ -^=-ш в в сам въцонпета ш рш...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.