Разработка методик расчета и выбора вспомогательных мягкооболочечных доковых устройств

Загрузка судоремонтных предприятий Дальневосточного региона России, многие из которых являются градообразующими, в условиях рыночных отношений является важной социально-экономической задачей. Привлечение судовладельцев на отечественные судоремонтные базы во многом определяется качеством предоставляемых услуг при оптимизации их стоимости. Значительную долю в текущем ремонте судов составляет доковый ремонт. При производстве докового ремонта судов в климатических условия Дальнего Востока России с большой продолжительностью периодов низких температур, повышенной влажности, сильных ветров приходится заниматься защитой доков от ветра, корпусов судов от осадков, создавать микроклимат в рабочих зонах. Поиск и реализация эффективных технических, технологических и организационных решений защиты доков от неблагоприятных климатических условий, которые бы при доковом ремонте судов не снизили качество всех технологических операций и не привели к удорожанию ремонтных работ, смогли бы продлить срок службы доков, является актуальной задачей.

Опыт применения мягкооболочечных конструкций показал эффективность их использования в качестве элементов укрытий, защищающих плавучие доки от ветра, осадков, создающих закрытые зоны для организации микроклимата. Уникальные свойства мягких оболочек, такие как легкость, трансформация и управление формой, технологичность изготовления и возведения, стойкость к атмосферным воздействиям, негорючесть, позволяют создать широкий набор вспомогательных конструкций для докового ремонта судов. Использование современных высокопрочных эластичных материалов и современных сварных технологий их соединения делают возможным эффективно применять мягкооболочечные конструкции в качестве уплотни-тельных элементов, несущих элементов конструкций укрытий с большим производственным циклом применения, вкладных емкостей для обеспечения плавучести и остойчивости крупных объектов.

Вместе с тем выбор оптимальных параметров мягкооболочечных конструкций укрытий, предназначенных для создания благоприятных климатических условий в доках, сдерживается отсутствием единого методологического подхода и простых методик расчета и выбора таких конструкций. Отсутствие комплексного подхода к оснащению доков вспомогательными мяг-кооболочечными конструкциями осложняет выбор эффективных и долговечных конструкций.

Наиболее эффективными ветрозащитными устройствами доков являются проницаемые мягкооболочечные экраны, создающие восходящий поток за собой и обеспечивающие за счет этого улучшенные ветрозащитные качества. Однако систематических исследований аэродинамических свойств этих, хорошо зарекомендовавших себя проницаемых мягкооболочечных ветрозащитных экранов с улучшенными ветрозащитными качествами, не проводилось. Также не выполнялось сравнительного анализа совокупности свойств ветрозащитных экранов различных конструкций. Это не позволяет проектировать на их основе ветрозащитные устройства любых размеров, тормозит расширение областей использования таких экранов для решения других задач, например, защиты от ветра открытых рабочих площадок судоремонтного и судостроительного производства, грузовых терминалов, складских площадок, транспортных магистралей.

Пневмопанельные конструкции позволяют создать модули локальных укрытий управляемой формы, обеспечивая надежные укрытия на участках корпуса судна со сложной геометрией. Кроме того, пневмопанельные конструкции одновременно создают хороший теплоизолирующий эффект. Это позволяет обеспечить комплексный подход к решению задачи создания микроклимата у борта судна в доке. Однако отсутствие простых методик расчета несущей способности пневмопанельных конструкций, критериев выбора наиболее эффективных устройств и технологий их использования в судоремонтных операциях составляет актуальную нерешенную задачу.

Защита борта судна в доке от осадков при нанесении лакокрасочных покрытий остается также нерешенной задачей. Применение уплотнительных конструкций многоразового использования требует разработки методик выбора оптимальных параметров мягкооболочечных элементов и является также важной нерешенной задачей.

Появившиеся в настоящее время высокопрочные мягкие материалы позволяют реально ставить задачу о применении вкладных мягких емкостей для ремонта доковых понтонов с большим сроком эксплуатации. Однако помимо технологических вопросов реализации такого инженерного решения, требуется разрешить ряд теоретических вопросов расчета параметров вкладных емкостей.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что получены следующие результаты:

— разработаны критерии качества и методика выбора конструкций, которые позволяют комплексно решить проблему улучшения условий труда на судоремонтных и судостроительных объектах.

— выявлены закономерности получения увеличенной ветровой тени за проницаемым ветрозащитным экраном.

— разработаны методики выбора пневмопанельных конструкций в качестве несущих элементов локальных укрытий борта судна от осадков в доке, основанные на упрощенных расчетах их несущей способности.

— разработана методика выбора параметров мягкооболочечного уп-лотнительного устройства, защищающего борт судна от проникновения осадков;

— разработаны упрощенные методики расчета параметров вкладных мягких емкостей, обеспечивающих восстановление плавучести понтонов плавучих доков.

Практическая ценность работы состоит в разработке методики выбора эффективного комплекса вспомогательных конструкций для защиты судна в доке от неблагоприятного воздействия окружающей среды на основе показателей качества устройств.

Полученные в результате экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном составляют основу практических методик проектирования ветрозащитных устройств различного назначения.

Разработанные методики расчета элементов локальных укрытий судна от осадков и низких температур, позволяют осуществлять выбор их оптимальных параметров при проектировании.

Разработанные методики численного расчета параметров вкладных мягких емкостей позволяют осуществить проектирование технологии ремонта потерявших герметичность понтонов дока с помощью вкладных емкостей.

В первой главе диссертации произведен обзор конструкций, обеспечивающих закрытие от ветра, укрытие от осадков и создание микроклимата у борта судна стоящего в доке, а также рассмотрены методы расчета и экспериментальные исследования имеющихся устройств. На основе произведенного анализа разработана классификация ветрозащитных устройств и сформулирована цель работы, которая заключается в разработке методики выбора наиболее эффективных конструкции для защиты объектов от ветра, укрытия от осадков и создания особых микроклиматических условий. Поставлены следующие главные задачи:

— разработать показатели качества для каждого типа устройств и определить значения коэффициентов весомости каждого из показателей;

— экспериментально определить ветрозащитные свойства мягкооболочеч-ного проницаемого экрана, изменяющего направление потока и предложить методику определения параметров ветровой тени за натурным объектом;

— используя расчетные модели и уравнения равновесия ПГЖ, разработать методику определения допустимых нагрузок для пневмопанельных элементов укрытий от осадков;

— для локальных укрытий разработать методику оценки уплотнительных качеств конструкции в месте прилегания к объекту (борту судна);

— разработать упрощенную методику определения параметров мягких емкостей, вложенных в отсек — понтон плавучего дока для восстановления его герметичности.

Вторая глава посвящена разработке методики оценки качества и технического уровня конструкций, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат на объектах судоремонта и судостроения. Оценка производится по величине комплексного показателя качества на основе методов ква-лиметрии. Предложены показатели качества ветрозащитных устройств, устройств по защите от осадков и созданию микроклимата. Разработаны коэффициенты весомости каждого из показателей для выше перечисленных конструкций.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям мягкооболочечного проницаемого экрана, изменяющего направление потока за собой вверх и за счет этого улучшающего ветрозащитные качества экрана. Экспериментальные исследования производились с целью определения функциональных показателей ветрозащитного устройства, т. е. протяженности и высоты ветровой тени за экраном. Введены понятия ветровой тени и зоны комфортности. Получена зависимость величины зоны комфортности в горизонтальном и вертикальном направлении от высоты мягкооболочечного проницаемого ветрозащитного экрана. Результаты эксперимента использованы при проектировании ветрозащитного экрана в порту Восточный для закрытия экологического причала МАП от техногенного воздействия угольной пыли.

В четвертой главе описаны расчетные схемы пневмопанельных конструкций (ППК), применяемых для укрытия борта судна от осадков и создания микроклиматических зон, обеспечивающих технологический процесс ремонта. Проанализированы особенности поведения ППК под нагрузкой. Разработана методика определения допустимых нагрузок на ППК, как основных количественных показателей для оценки технического совершенства конструкций из пневмопанелей. Для локальных укрытий разработана методика оценки параметров уплотнительных элементов, выполненных на основе пневматического бурта прилегающего к борту судна за счет избыточного давления воздуха в нем.

В пятой главе разработана методика численного определения параметров мягких вкладных емкостей, вложенных в прямоугольный отсек. В частности, рассмотрено влияние цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек, на начальную остойчивость плавающего объекта. Рассмотренные задачи дополняют ряд решенных ранее другими авторами задач для вкладных мягких емкостей и обеспечивают теоретическую основу реализации технологии ремонта потерявших герметичность понтонов плавучих доков вложением в них мягких емкостей.

В заключении приводятся результаты, полученные в диссертации.

Работа содержит 165 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 14 фотографий, 8 таблиц.

Список использованных источников

составлен из 101 наименования.

Диссертационная работа выполнена на кафедре теории и устройства судов Морского государственного университета имени адмирала Г. И. Невельского.

5.4. Выводы.

Рассмотренные в главе задачи и их решения позволяют сделать следующие выводы:

1. Методика определения параметров мягких вкладных емкостей, основанная на численном решении систем линейных дифференциальных уравнений позволяет при минимуме вычислительных процедур получить достоверные решения.

2. Полученные зависимости для определения параметров вкладных емкостей позволяют подобрать такие их значения, при которых подвижность вкладной емкости будет оказывать минимальное воздействие на остойчивость плавучего дока.

3. Полученные решения подтверждают реальность применения вкладных мягких емкостей в качестве элементов для восстановления герметичности понтонов плавучих доков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, в работе, посвященной научно обоснованному поиску и реализации эффективных технических решений защиты доков от неблагоприятных климатических условий и продления срока службы доков на основе применения конструкций из мягких оболочек, получены следующие основные результаты.

1. Проведен анализ мягкооболочечных конструкций, предназначенных для защиты доков от неблагоприятных климатических условий и обеспечивающих плавучесть и остойчивость доков. Сделан обзор методов их расчета.

2. Разработана классификация устройств, обеспечивающих защиту дока и ремонтируемого судна от ветра, осадков и низких температур.

3. Разработаны критерии оценки эффективности конструкций, защищающих судоремонтные и судостроительные объекты от неблагоприятных климатических условий, позволяющие выполнить выбор комплекса вспомогательных устройств.

4. На специально спроектированной и изготовленной экспериментальной установке получены картины визуализации потока и выполнены замеры скоростей за проницаемым и сплошным мягкооболочечными экранами.

5. Сформулированы понятия ветровой тени и зоны комфортности, которые применены для построения границы ветровой тени, создаваемой экранами.

6. Результаты экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым мягкооболочечным экраном применены при проектировании ветрозащитного устройства плавучего дока и укрытия причала от ветра.

7. Разработана методика выбора пневмопанельных конструкций в качестве элементов локальных укрытий борта судна от осадков и низких температур в доках, включающая расчеты параметров несущих пневмопанельных элементов укрытий.

8. Разработана методика выбора мягкооболочечных уплотнитель-ных элементов укрытия борта судна от осадков, включающая расчет параметров уплотнительного элемента, обеспечивающего непроницаемый контакт с бортом судна. Разработаны рекомендации по применению уплотни-тельных элементов в технологических операциях ремонта.

9. Разработана методика определения параметров мягких вкладных емкостей, основанная на численном решении систем линейных дифференциальных уравнений, которая позволяет при минимуме вычислительных процедур получить достоверные решения.

10. Полученные зависимости для определения параметров вкладных емкостей позволяют подобрать такие их значения, при которых подвижность вкладной емкости будет оказывать минимальное воздействие на остойчивость плавучего дока, что подтверждает реальность применения вкладных мягких емкостей в качестве элементов для восстановления герметичности понтонов плавучих доков.