Вероятность Р8 принимается за 1, и рассчитывается необходимый шаг ячеи в мешке по схеме 3 страница

Чаще всего расчетными схемами являются наборы гибких нитей. Гибкая нить под действием внешних сил может принимать формы:

4. ломаной линии, если на гибкую нить действует несколько сосредоточенных сил;

5. цепной линии, если на гибкую нить действует система распределенных по длине нити сил;

6. параболы, если на гибкую нить действует система распределенных по хорде сил.

На рис. 32 показан элемент гибкой нити и ее геометрия и статика.

Рис. 32 Элемент гибкой нити.

На рис. 32. изображена гибкая нить длиной – S, на верхнем конце – сила Т, под углом к горизонту α и ее составляющие Tx и Ty. На нижнем конце действует сила To под углом к горизонту α₀ и ее составляющие Tox и Toy. Нижний конец гибкой нити идет на глубине Н и на расстоянии от верхнего конца по горизонту L. Нить находится под действием двух систем распределенных сил: сил веса, интенсивностью q, и сил гидродинамического сопротивления, интенсивностью к.

Интенсивность сил веса можно определить по:

q=mg , (39) где m – масса одного метра гибкой нити;

интенсивность сил сопротивления можно определить по:

k=1.1 (40), где d-диаметр гибкой нити.

Если представить, что изображенная на рис. 32 гибкая нить – это ваер, спроектированный на ДП судна, то можно найти:

T_0y=G_Д+G_ГУ, где G_Д – вес траловой доски в воде, G_ГУ – вес грузов углубителей в воде.

T_0X=0.5R_XTP. Тогда α₀ = (41) T₀= (42)

Из q, k и α₀ можно получить служебные коэффициенты a, b, m и B:

a= (43), b=1/a (44), m= (45), B= (46).

После чего можно получить остальные недостающие элементы.

T=T₀+q*H, (47) α=arccos (48), S= (49), p= (50)

L=pln (51).

Рассмотрим еще несколько расчетных схем. Представим простейшую модель траловой системы, где судно представлено материальной точкой, трал - материальной точкой и Ваер – прямой стержень (рис. 33).

Рис. 33. Простейшая модель траловой системы.

Если система находится в равновесии, то можно написать

G*L=R*H и тогда H=G*L/R (52). Получили очень важный вывод о том, что горизонт хода трала линейно зависит от веса досок и грузов углубителей в воде, от длины ваеров (L=S*cosα), и гиперболически зависит от сопротивления трала. Если величину сопротивления представить упрощенно R=k*V², то становится понятным, насколько сильна зависимость горизонта хода от скорости траления.

Рассмотрим упрощенную модель передней части трала (Рис. 34)

Если представить для упрощения, что P=G, то равновесие моментов относительно точки А дает: P*L=R/2*h/2, от куда h=4P*L/R (53), т.е. вертикальное раскрытие трала линейно зависит от сил оснастки подбор и длины кабелей с голыми концами, и обратно пропорционально от квадрата скорости траления.

Рассмотрим простейшую модель траловой системы в горизонтальной плоскости (рис. 35)

Рис. 34. Передняя часть трала.

Рис. 35. Горизонтальная проекция траловой системы.

На рис. 35 Rx – это сопротивление доски и половина сопротивления трала, Ry – это распорная сила доски, L – проекция длины ваера, В – расстояние между досками. Тогда из уравнения равновесия относительно точки А имеем: Ry*L=Rx*B/2 или B=2Ry*L/Rx (54)/

Все приведенные модели имеют как преимущества, так и недостатки. К преимуществам можно отнести то, что на этих моделях просто и наглядно видны зависимости основных параметров траловой системы от регулирующих воздействий. К недостаткам можно отнести то, что все модели представлены как проекции на какие-то плоскости и в моделях не учитывается действие на параметры траловой системы сил в перпендикулярных плоскостях. Так в моделях в виде горизонтальных проекций, не учитываются силы плавучести и веса, а в моделях в виде вертикальных проекций, не учитываются распорные силы досок. По этой причине расчеты траловой системы по простейшим расчетным схемам имеют погрешности. Более точное изучение орудий лова возможно лишь на объемных физических моделях.

Здесь не приводятся расчетные схемы других орудий лова, т.к. конспект рассчитан на судоводителей, которым будет достаточно и приведенного материала.

Раздел 5. Эксплуатация орудий промышленного рыболовства.

5.1. Флот рыбной промышленности.

Изучение флота легче начинать с его классификации. Классификаций много, т.к. многие факторы могут лечь в их основу. Ниже приводится система классификаций только судов промыслового флота.

· По наличию движителя: суда самоходные и несамоходные.

· По типу главного двигателя (ГД): пароходы, паротурбоходы, газотурбоходы, теплоходы, дизельэлектроходы.

· По назначению: суда добывающие, обрабатывающие, транспортные и вспомогательные.

· По типу главного орудия лова: траулеры, сейнеры, дрифтеры и ярусники.

· По главной технологии обработки добытого сырья: суда свежьевые, посольные, морозильные, консервные и мукомольные.

· По длине судна между перпендикулярами: супер (более 100 м.), большие (от 65 до 100 м.), средние (от35 до 65 м.), малые (от 25 до 35 м.) и маломерные (менее 25 м.).

Некоторые классификационные признаки входят в буквенно-цифровой код судна, который применяется для краткого и быстрого распознавания судов. О размере судна можно судить по букве «С», стоящей в конце буквенной части кода, если это супер судно, или буквы «Б», «С», «М», «Мм», стоящие в начале буквенной части кода, если это большое судно, среднее, малое или маломерное. Буквы «М», «К», «Св» или «Пс», если судно имеет главные технологии морозильный, консервный, свежевой или посольный. Буквы «Т», «С», «Д» или «Я», если судно является траулером, сейнером, дрифтером или ярусником. В цифровой части кода приводится мощность ГД в кВт и номер проекта. Суда отечественной постройки имеют номер проекта цифровой, постройки ГДР – номер проекта содержит букву «А», польской постройки – букву «В». Суда постройки других государств содержат только название головного судна. Например, РКТ-С – 5300 пр. А-488 типа «Моонзунд» - означает: рыболовный консервный траулер, длиной между перпендикулярами более 100 м., немецкой постройки по проекту 488, головное судно называлось «Моонзунд» мощность ГД – 5300 кВт. Или БМРТ – 5150 пр. 1288, означает: большой морозильный рыболовный траулер, мощность ГД 5150 кВт, построен в Николаеве по проекту 1288, головное судно называлось «Пулковский меридиан». На практике встречаются неправильные обозначения судов. Например, СЧС – 225, что якобы означает средний черноморский сейнер, мощностью 225 л.с. Правильно называть это судно МмС – 165 пр. 1330, т.к. размер этого судна по перпендикулярам 23 м., т.е. маломерное, а не среднее, слово – черноморский не является классификационным признаком, т.к. эти суда работают и в Азовском море и даже у Африки.

Добывающие суда флота Украины представлены следующими типами.

Супер суда: РКТ-С – 5300 пр.А-488 типа «Моонзунд», РКТ-С – 5150 пр. 16080 типа «Антарктида», РКТ-С – 5560 типа «Наталья Ковшова».

Большие суда: БМРТ – 5150 пр. 1288 типа «Пулковский меридиан», БМРТ – 2210 типа «Рембрандт», БМРТ – 2850 типа «Прометей», БМРТ – 1710 типа «Атлантик».

Средние суда: СТМ – 1770 пр. А-333 типа «Орленок», СРТМ – 735 пр. 502 и их модификации типов «Маяк».

Малые суда: МРТР – 590 пр. 1296 типа «Гируляй», МРТР – 225 пр.1282 типа «Карелия», МРС – 225 пр. 388.

Маломерные суда: МмРТР – 220 пр.1328 типа «Балтика», МмРС – 165 пр. 1330 типа «Керчанин».

5.2. Элементы коммерческой эксплуатации флота.

Для оценки эффективности эксплуатации орудий лова необходимо в рамках настоящего конспекта привести некоторые элементы из теории коммерческой эксплуатации флота. Оценку эффективности коммерческой эксплуатации флота осуществляют по показателям и измерителям. Здесь мы рассмотрим показатели, и измерители использования флота по времени.

Первое время – это календарное время t_К.

t_K = N_ССп*365 (55), где N_ССп – число судов данного типа среднесписочное. N_ССп = (N₁*365+N₂*A-N₃*B)/365, (56) где N₁ – число судов на 01.01., N₂ – число судов, приобретенное в течение года, N₃ – число судов, списанное в течение года, А – число суток до конца года от момента приобретения судна, В – число суток до конца года от момента списания судна.

Календарное время делится на время в эксплуатации и время вне эксплуатации. t_Э = t_K – t_ВЭ (57).

Время вне эксплуатации – это время в ремонте или ожидания ремонта. Время эксплуатационное делится на время в порту и на время в море.

t_Э = t_М + t_П (58).

Время в море делится на время ходовое и время промысловое

t_М = t_ПР + t_Х (59)

Время промысловое делится на время на лову и время работы у судов приемотранспортных и судов снабжения t_ПР = t_Л + t_ПТС (60)

Все перечисленные времена – это показатели, которые имеют размерность – сутки. Все вышеприведенное можно проиллюстрировать рис. 36

Размерные показатели не всегда хорошо характеризуют эффективность использования судов по времени. Гораздо лучше эту функцию выполняют безразмерные измерители, представляющие собой отношения показателей. Так отношение эксплуатационного времени к календарному, показывает насколько хорошо эксплуатируют суда члены экипажа и насколько хорошо у судовладельца организован ремонт судов. К_Э = t_Э/ t_К = 1 – t_ВЭ/ t_К (61).

Коэффициент морского времени показывает, насколько хорошо организовано обслуживание судов в порту. К_М = t_М/ t_Э = 1 – t_П/ t_Э (62)

Рис. 36. Структура времени использования судов.

Коэффициент промыслового времени показывает, насколько эффективно использует судовладелец иностранные порты, ближайшие к району промысла, для базирования своих судов. К_ПР = t_ПР/ t_М = 1 – t_Х/ t_М (63)

Коэффициент времени на лову показывает, насколько хорошо организовано обслуживание судов в районе промысла К_Л = t_Л/ t_ПР = 1 – t_ПТС/ t_ПР (64)

Коэффициент экстенсивности показывает, какую долю от календарного времени составляет время на лову, в течение которого создается товарная продукция. К_ЭКС = t_Л/ t_К (65)

Время лова, в свою очередь, имеет сложную структуру. В него входит: время местного поиска, маневрирование судном в точку отдачи орудия лова, время отдачи орудия лова, самого процесса лова, время выборки орудия лова, время выливки улова и времени подготовки судна и орудия лова к следующему циклу. Как видим, время непосредственно лова занимает незначительную часть от календарного времени. Повышение эффективности промысла гидробионтов имеет два пути: повышение эффективности процессов лова и увеличение доли времени лова в календарном времени. Обе эти задачи и есть основные цели членов судовых экипажей и всех специалистов, причастных к промыслу.

5.3. Тяговые характеристики судов.

Основным орудием промышленного рыболовства в настоящее время является трал. Технические характеристики тралов находятся в прямой зависимости от тяговых характеристик траулеров, поэтому очень важно изучить природу тяги и методы ее определения.

Из теории судна известно, что при установившемся движении тяга траулера есть разница между упором винта и сопротивлением корпуса.

P_P = P_e – R_K (66), где P_P – располагаемая тяга, кН, P_е – упор винта, кН, R_K – сопротивление корпуса, кН.

На судне упор винта должен быть управляемым и реверсируемым. Происхождение упора винта – это происхождение подъёмной силы крыла. Лопасть винта движется под каким-то углом атаки в воде, при этом на поверхности лопасти, обращенной к корме (на переднем ходу), образуется пониженное гидродинамическое давление, а на противоположной поверхности – повышенное. Со стороны повышенного в сторону пониженного давления действует сила, которую называют полной гидродинамической реакцией. Эту реакцию можно разложить в поточной ортогональной системе координат (ось Х ориентирована по вектору скорости) на составляющие R_Y и R_X, причем сила R_Y параллельна оси гребного вала, а R_Х – перпендикулярна ей. Из подъёмных сил всех лопастей складывается упор винта, а из сил сопротивления с плечом радиуса центра давления получается момент сопротивления вращению винта.

P_e = (67)

R_Y = C_Y (2)

Из (2) и (67) видно, как можно управлять тягой. В (2) управляемыми параметрами могу быть только коэффициент подъёмной силы и скорость. Поэтому на практике существует две различные конструкции винта: ВФШ и ВРШ. ВФШ – это винт фиксированного шага, у которого лопасти установлены под каким-то постоянным углом атаки и отлиты как одно целое со ступицей. В этом случае коэффициент подъёмной силы является постоянным, а управляющим параметром является только скорость. В (2) скорость линейная, она равняется

V = ω*R (68), где ω – угловая скорость, 1/с, а R радиус центра давления от оси гребного вала, м.

ω = 2π*n_C (69), где n_C – частота вращения винта, об/с.

Следовательно, управление упором ВФШ есть управление частотой вращения винта. Управление частотой вращения винта осуществляется путем изменения цикловой подачи топлива в цилиндры дизеля (если траулер – теплоход).

Реверс тяги в этом случае осуществляется запуском двигателя в обратную сторону вращения коленвала. Преимущества ВФШ: простота, надежность, дешевизна. Недостатки: для траулера винт является компромиссной конструкцией между скоростным и упорным винтами, реверс тяги – через стоп и запуск двигателя на обратный ход. Последний недостаток очень серьёзный, т.к. двигатель на обратный ход можно запустить только на скорости 0.6V_ПХ и, если судно шло полным ходом, то надо ждать, когда за счет сопротивления корпуса судна скорость снизится до указанного значения, а это большое время и расстояние, в этом одна из причин столкновений судов в море.

Второй конструкцией винта является винт регулируемого шага ВРШ, у которого, чаще всего, частота вращения является постоянной величиной, а переменной – коэффициент подъёмной силы C_y.

Рис. 37. Зависимость коэффициента подъёмной силы от угла атаки α.

У ВРШ лопасти могут разворачиваться относительно ступицы и изменять угол атаки от нулевого упора до полного вперед и назад без изменения направления вращения коленвала ГД. Такой винт является более сложным, более дорогим, менее надёжным, но зато имеет быстрый реверс тяги и регулируемый в широких пределах упор. Есть еще одно преимущество ВРШ – постоянство частоты вращения коленвала позволяет использовать валогенераторы, т.е. использовать для выработки электроэнергии самую экономичную машину на судне – ГД.

В опытах с винтами отмечено, что на швартовых испытаниях равному приращению мощности, подводимой к винту, соответствует неравное приращение упора винта. Следовательно, можно записать

Pe = A₁Ne – A₁₁Ne² (70)

Если во время швартовых испытаний при каком-то значении мощности, подводимой к винту, разрубить швартовый конец, то судно начнет двигаться сначала ускоренно, а затем при достижении равенства между упором винта и сопротивлением корпуса, равномерно. При начале движения судна упор винта, достигнутый при швартовых испытаниях, не останется постоянным, а будет снижаться, причем снижаться нелинейно. Это объясняется тем, что при движении судна поток воды будет влиять на поверхности разряжения лопастей винта, уменьшая разницу давлений между поверхностью нагнетания и поверхностью разряжения. Тогда можно записать, что при скорости судна отличной от нуля

Pe = A₁Ne – A₁₁Ne² – A₁₂NeV – A₁₂₂NeV² (71)

Теперь можно рассмотреть вторую составляющую зависимости (66) – Rк – сопротивление корпуса.

Rк = Rк₁ + Rк₂ + Rк₃ (72)

Rк₁ =μ (73) – сопротивление вязкого трения, где μ – коэффициент динамической вязкости воды, - градиент скорости воды в пограничном слое, S – площадь смоченной поверхности корпуса судна.

Rк₂ = Cx₁ (74) – сопротивление формы, где Cx₁ = f( ) L,B,T – длина, ширина и осадка корпуса судна, α,β,γ и δ коэффициенты полноты корпуса судна.

Rк₃ = Cx₂ (75) – волновое сопротивление, где Cx₂ = f(Fr)/

В (74) и (75) F – площадь мидель шпангоута, в (75) Fr – число Фруда.

Таким образом, из (73 – 75) видно, что сопротивление корпуса движению в воде содержит члены, в которых скорость входит в первой и во второй степенях, что можно описать:

Rк = А₂V + A₂₂V² (76) или вместе с (71) получим

Рр = A₁Ne – A₁₁Ne² – A₁₂NeV – A₁₂₂NeV² - А₂V - A₂₂V² (77)

Зависимость (77) можно представить в несколько ином виде с учетом следующих обстоятельств: в ней содержатся члены, содержащие V – два раза, и содержащие V² – два раза, их можно рассматривать как подобные. Второе – у судов с ВРШ, а крупные траулеры имеют только такие винты, при нулевом упоре расходуется довольно значительная мощность, затрачиваемая на вращение гребного вала и винта. Эту мощность можно рассчитать:

Ne_рассч. = (2πρK₂n³D⁵)10^-3+(1-η_ВП)Ne_{ГД ном} (78)

где ρ – плотность морской воды, кг/м³,

K₂ – гидродинамический коэффициент винта момента и мощности (для отечественных и зарубежных ВРШ при нулевом упоре K₂ = 0.005 – для свободных винтов и K₂ = 0.007 – для винтов в насадках),

n – число оборотов винта в сек,

D – диаметр винта, м,

η_ВП – КПД валопровода (в расчетах можно принять η_ВП = 0.97),

Ne_{ГД ном} номинальная мощность ГД, кВт.

С учетом сказанного зависимость располагаемой тяги от мощности, пошедшей на винт и скорости можно записать в виде:

Рр = A₁ Ne – A₁₁Ne² – A₂V – A₂₂V² – А₀ (79)

Зависимости располагаемых тяг некоторых судов в форме (79) приведены ниже.

Для судов типа «Атлантик»

Pp = 0.4194Ne – 1.0747*10^-4Ne²-5.846V – 0.794V² – 180.2 (80)

Для судов типа «Прометей»

Pp = 0.3369Ne – 4.5*10^-5Ne²-20.75V – 0.41V² – 157.4 (81)

Для судов пр. А-333 типа «Орленок»

Pp = 0.462Ne – 1.223*10^-4Ne²-5.2634V – 0.891V² – 194.7 (82)

Для судов пр. 1288 и 16080 типов «Пулковский меридиан» и «Антарктида»

Pp = 0.2616Ne – 2.535*10^-5Ne²-18.05V – 0.6366V² – 142.7 (83)

Для судов пр. А-488 типа «Моонзунд»

Pp = 0.483Ne – 5.1*10^-5Ne²-14.76V – 1.7759V² – 481.7 (84)

Для судов пр. 1330 типа «Керчанин»

Pp = 0.6773 e – 2.575*10^-3 e² -0.3V – 0.3239V² – 10.4 (85)

По зависимостям (80 – 85) построены графики (см. рис. 38 – 43)

Рис. 38. Располагаемая тяга судов типа «Атлантик»

Рис. 39. Располагаемая тяга судов типа «Прометей».

Рис. 40. Располагаемая тяга судов типа «Орлёнок»

Рис. 41. Располагаемая тяга судов типа «Пулковский меридиан».

Рис. 42. Располагаемая тяга судов типа «Моонзунд».

Рис. 43. Располагаемая тяга судов пр. 1330 типа «Керчанин».

На рис. 38 – 43 показаны серии кривых, которые соответствуют разным мощностям, пошедшим на винт, на всех рисунках счет кривым идет сверху вниз. Информация о мощностях сведена в таблицу 6.

Таблица 6. Расшифровка данных рис. 38 – 43.

В зависимостях (80 – 84) в качестве аргумента входит мощность, пошедшая на винт Ne. Она рассчитывается по зависимости

Ne = Ne_ГД - (86)

где Ne_ГД – размерная мощность ГД,

N_ВГ – мощность, отбираемая валогенератором,

η_ВГ – КПД валогенератора.

Размерная мощность ГД определяется по зависимости

Ne_ГД = Ne_{ГД НОМ}* e_ГД/100% (87)

Из сказанного видно, что для точного определения Рр необходимо точно определять e_ГД. Необходимо отметить, что прямых методов определения относительной мощности, развиваемой ГД, не существует, все современные методы основаны на измерении косвенных характеристик. Косвенные характеристики не равноценны. На крупном судовом дизеле измеряются десятки косвенных характеристик, из которых необходимо выделить как важнейшие те характеристики, которые характеризуют процесс сгорания топлива в цилиндрах. Сюда можно отнести температуру выхлопных газов сразу за цилиндрами (t_Г), избыточное давление наддува (Р_Н), максимальное давление в цилиндре в процессе сгорания (Р_Z) и часовой расход топлива (G). В книге Левшина Г.Ф. [1] введено понятие о коэффициенте информативности косвенных характеристик. В таблице 7 приведены значения коэффициентов информативности для некоторых косвенных характеристик.

Таблица 7. Коэффициенты информативности косвенных характеристик.

Из табл. 7 видно, что определение относительной мощности ГД по одной косвенной характеристике дает не высокий коэффициент информативности, который можно повысить, используя две, три или четыре косвенных характеристики.

Нами была собрана статистика по ходовым испытаниям дизелей целого ряда траулеров. По этой статистике получены эмпирические зависимости относительной мощности ГД от косвенных характеристик, которые приведены ниже.

На судах типа «Атлантик» в качестве ГД установлена пара дизелей типа 8NVD48A-2U номинальной мощностью 853 кВт при n= 375 об/мин для них:

e=0.368t_Г-47.6 (87)

e=290.37 P_H +11.1 (88)

e=0.567G-5.1 (89)

e=0.184t_Г +147.2P_H-18.3 (90)

e=0.12t_Г +96.8P_H+0.189G-13.6 (91)

На судах типа «Прометей» в качестве ГД устанавливались дизеля типа 8ZD72/48 AL-1 номинальной мощностью 2853 кВт при n=214 об/мин для них:

e=0.428t_Г -58.6 (92)

e=105.96P_H +3.14 (93)

e=2.47P_Z -96.8 (94)

e=0.173G-3.86 (95)