Основы методологии проектирования плавучих судоподъемных сооружений с использованием оригинальных проектных решений архитектурно-конструктивных компоновок их внешнего облика тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, доктор технических наук Смирнов, Александр Геннадьевич

• Смирнов, Александр Геннадьевич
• доктор технических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор технических наук Смирнов, Александр Геннадьевич

Введение.

1 Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения.

1.1 Классификация плавучих судоподъемных сооружений.

1.1.1 Обзор способов классификации плавучих судоподъемных сооружений.

1.1.2 Анализ классификаций плавучих доков и формирование структуры классификации плавучих судоподъемных сооружений.

1.1.3 Состав плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по количеству компонентов.

1.1.4 Обзор задач, решаемых с использованием плавучих судоподъемных сооружений, и классификация плавучих судоподъемных сооружений по назначению.'.

1.1.5 Конструктивные типы и классификация плавучих судоподъемных сооружений по форме корпуса.

1.1.6 Материалы, используемые при создании плавучих судоподъемных сооружений, и классификация плавучих судоподъемных сооружений по материалу корпуса.

1.1.7 Степень автономности плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по автономности.

1.1.8 Взаимное размещение сухих и балластных отсеков плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по способу их балластировки.

1.2 Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения, как объекта проектирования.

1.2.1 Плавучее судоподъемное сооружение как сложная техническая система.

1.2.2 Взаимодействие плавучего судоподъемного сооружения с внешней средой.

1.2.3 Взаимодействие плавучего судоподъемного сооружения со стоящим в нем судном.

2 Анализ традиционных методов определения главных размерений плавучих судоподъемных сооружений и их унификации.

2.1 Основные методы определения характеристик плавучих судоподъемных сооружений.

2.2 Унификация главных размерений и использование модульных принципов при создании плавучих судоподъемных сооружений.

2.2.1 Типоразмерные сетки плавучих судоподъемных сооружений.

2.2.2 Использование модульных принципов для унификации главных размерений плавучего судоподъемного сооружения.

2.2.3 Анализ результатов унификации размерений плавучих судоподъемных сооружений и формирование концепции использования модульных принципов при их создании.

3 Исследование влияния основных частей и элементов плавучих судоподъемных сооружений на их качества.

3.1 Основные части плавучего судоподъемного сооружения и функции, выполняемые этими частями.

3.2 Влияние основных частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на его основные качества.

3.2.1 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его плавучесть.

3.2.2 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его остойчивость.

3.2.3 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его непотопляемость.

3.2.4 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его вместимость.

3.2.5 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения на обеспечение конструктивной рациональности его корпуса.

3.3 Результаты анализа влияния частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на обеспечение его основных свойств.

4 Анализ применения оригинальных проектных решений при создании плавучих судоподъемных сооружений и разработка методов их использования в проектных работах.

4.1 Потребность использования нетрадиционных технических решений при создании плавучих судоподъемных сооружений.

4.2 Оригинальные технические решения по обеспечению условия плавучести плавучего судоподъемного сооружения.

4.2.1 Обеспечение плавучести плавучего судоподъемного сооружения в рабочем положении.

4.2.2 Обеспечение плавучести плавучего судоподъемного сооружения при предельном погружении.

4.3 Оригинальные технические решения по обеспечению условия остойчивости плавучего судоподъемного сооружения.

4.3.1 Обеспечение поперечной остойчивости в процессе погружения или всплытия двухбашенного плавучего судоподъемного сооружения.

4.3.2 Обеспечение продольной остойчивости в процессе погружения или всплытия двухбашенного плавучего судоподъемного сооружения.

4.3.3 Обеспечение продольной и поперечной остойчивости безбашенного плавучего сооружения в процессе его погружения или всплытия.

4.3.4 Обеспечение поперечной остойчивости однобашенного плавучего судоподъемного сооружения в процессе его погружения или всплытия.

4.4 Обеспечение совмещения уровней берегового горизонтального стапеля и стапель-палубы передаточного плавучего судоподъемного сооружения.

4.5 Обеспечение защиты от осадков внутридокового пространства плавучего судоподъемного сооружения.

4.6 Обеспечение защиты от ветра внутридокового пространства плавучего судоподъемного сооружения.

4.7 Обеспечение возможности самодокования двухбашенного монолитного плавучего судоподъемного сооружения.

4.8 Обеспечение возможности самодокования понтонного плавучего судоподъемного сооружения без демонтажа коммуникаций между его башнями.

4.9 Обеспечение установки передаточного плавучего судоподъемного сооружения у берегового стапеля.

4.10 Результаты анализа оригинальных проектных решений, влияющих на внешний облик плавучего судоподъемного сооружения.;.

4.10.1 Способ описания архитектурно-конструктивной компоновки внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений для возможности использования оригинальных проектных решений в процессе их создания.

4.10.2Область использования оригинальных проектных решений при формировании архитектурно-конструктивных компоновок внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений.

5 Основы методологии проектирования плавучих судоподъемных сооружений с учетом возможности использования оригинальных технических решений.

5.1 Общая постановка задачи проектирования плавучего судоподъемного сооружения.

5.1.1 Структура математической модели проектирования.

5.1.2 Вектор исходных данных.

5.1.3 Вектор оптимизируемых переменных.

5.1.4 Требования к основным характеристикам плавучего судоподъемного сооружения и его подсистемам.

5.1.5 Критерий эффективности.

5.2 Построение математической модели проектирования плавучего судоподъемного сооружения.

5.2.1 Основные принципы построения математической модели проектирования плавучего судоподъемного сооружения.

5.2.2 Определение основных характеристик плавучего судоподъемного сооружения.

5.2.3 Определение основных характеристик подсистем плавучего судоподъемного сооружения.

5.2.4 Проверка совместимости решений задач верхнего и нижнего уровней.

5.2.5 Способы организации процесса проектирования плавучего судоподъемного сооружения.

5.2.6 Выбор предпочтительного варианта плавучего судоподъемного сооружения.

6 Пример использования методик для определения характеристик передаточного плавучего дока без использования и с использованием оригинальных технических решений его внешнего облика и оценка корректности результатов.

6.1 Исходные требования к передаточному плавучему доку.

6.2 Независимые переменные и пределы их измерения.

6.3 Требования предъявляемые к характеристикам передаточного плавучего дока й его подсистемам.

6.4 Определение основных характеристик передаточного плавучего дока (решение задачи верхнего уровня).

6.5 Определение характеристик подсистем передаточного плавучего дока (решение задачи нижнего уровня).

6.6 Проверка совместимости решений задач верхнего и нижнего уровня, требований к передаточному плавучему доку, ограничений, выбор предпочтительного варианта.

6.7 Оценка корректности расчетов основных технических характеристик передаточного плавучего дока.

7 Опыт и перспективы реализации оригинальных проектных решений при создании плавучих судоподъемных сооружений.

7.1 Использование оригинальных проектных решений в мировой и отечественной практике создания плавучих судоподъемных сооружений.

7.2 Результаты внедрения автором оригинальных проектных решений в практику отечественного судостроения при создании плавучих судоподъемных сооружений.

7.2.1 Техническое решение «Плавучий док» по авторскому свидетельству СССР № 1030256.

7.2.2 Техническое решение «Плавучий док для судов на подводных крыльях» по авторскому свидетельству СССР № 1234588.

7.2.3 Техническое решение «Плавучий доковый комплекс» по авторскому свидетельству № 1093618.

7.3 Перспективные архитектурно-конструктивные решения компоновок внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основы методологии проектирования плавучих судоподъемных сооружений с использованием оригинальных проектных решений архитектурно-конструктивных компоновок их внешнего облика»

Со времени зарождения судоходства до настоящего времени не произошло никаких изменений в том, что на протяжении жизненного цикла любого плавучего средства неоднократно возникает необходимость его технического обслуживания и ремонта. Неотъемлемой и наиболее трудоемкой частью этих работ являются осмотры, очистка от водорослей и ракушек, окраска, а также ремонты подводной части корпуса, винтов, рулей, валов и донно-бортовой арматуры. Однако прежде чем приступить к таким работам, необходимо осушить подводную часть корпуса судна. В начальный период, когда суда были сравнительно небольшими, довольствовались примитивными способами и средствами выполнения этой операции, такими, как вытаскивание судов на берег при помощи катков и ворота, крёнование и выморозка [52], [63].

Увеличение размеров судов привело к необходимости совершенствования способов осушения подводной части судов и средств, обеспечивающих проведения таких операций. Для этого стали применяться более сложные технические средства, называемые судоподъемными сооружениями (СПС): склизы, слипы, эллинги, вертикальные подъемники, приливные, наливные и сухие доки. Последними из СПС в начале XVIII века появились плавучие [62], [65], которые в силу ряда своих неоспоримых преимуществ, основными из которых являются сравнительно невысокая стоимость, сжатые сроки создания, ликвидность и мобильность, в ряде стран довольно быстро заняли ведущее место в обеспечении судоремонта.

Согласно историческим сведениям как отечественным [52], [63] , [65], [116], [124], [130] так и зарубежным [152], [158], [188] приоритет в создании этого типа СПС принадлежит России. Первый подъем корабля плавучим СПС, в качестве которого был использован корпус трофейного корабля «Camel», был осуществлен в районе Кронштадта во время царствования Петра I. Вместо срезанной кормовой оконечности «Camel» и его снятых палуб был установлен водонепроницаемый затвор, что после ввода в него корабля и откачки воды из образовавшегося бассейна позволило осушить подводную часть корабля как показано на рис.1 [63].

К сожалению, автор этого изобретения так и остался неизвестен, также как и не сохранились чертежи этого первого плавучего СПС. Однако по названию корабля, корпус которого был использован в качестве первого плавучего СПС, все сооружения подобного рода довольно значительный период времени, как в нашей стране, так и за границей, назывались «камелями», не зависимо от их конструктивных особенностей и назначения [52], [63], [65], [125], [132], [171]. Только в XIX веке стал использоваться термин «плавучий док» [52]. К этому же времени, плавучие СПС приобрели уже сохранившийся практически без изменений до настоящего времени классический облик - понтон с двумя башнями и кринолинами, который и является основным для этого типа плавучих средств. В этот же период англичанами Д.-Л.Кларком и Д.Станфилдом были заложены и основы теории проектирования таких плавучих сооружений. В последующий период в развитие и совершенствование методов теории проектирования и конструирования плавучих СПС также внесли заметный вклад В.Киприянович, И.Н.Сиверцев, М.А.Ловягин, Г.В.Танхельсон, В.М.Попов, Л.А.Петраков, А.Мельгорн, К.Клитцинг, К.Ресер, В.Е.Кук, Х.В.Корник, А.А.Амирикаин, Д.Кунду, Л.Сузат.

Рис. 1 Схема использования камели для осушения подводной части судна

Если целью первой операции по подъему корабля с использованием камели было устранение повреждений его корпуса, то по мере развития судостроения и судоходства плавучие СПС помимо судоремонта стали использоваться для проводки глубокосидящих судов через бары рек или мелководные участки фарватера в порт, для доставки судов с большой осадкой по внутренним водным путям в морские районы, маломореходных или аварийных судов по морю к месту эксплуатации или ремонта, спуска судов с береговых стапелей на воду и подъема их с воды на берег, а также ряда специальных операций, таких как обеспечение испытаний корпусов подводных лодок давлением, кренования и дифферентования наливных судов для обеспечения зачистки их танков, сборки корпусов судов из крупных модулей, базирования гидросамолетов и подводных аппаратов, формирования плавучих железобетонных массивов, утилизации судов и других операций [117]. Таким образом, необходимость решения новых задач, для реализации которых использовались плавучие СПС, как наиболее универсальные средства, привело к тому, что в настоящее время они являются неотъемлемой частью комплекса средств, обеспечивающих создание судов, их обслуживание в процессе эксплуатации, а также утилизацию после истечения срока службы. В разработку новых принципов использования этого типа плавучих сооружений существенный вклад внесли М.М.Обольянинов, Г.А.Вахарловский, М.А.Ловягин, Л.А.Петраков, В.А.Топчий, Э.Н.Гарин, Г.Н.Финкель, Д.-Л.Кларк, Д.Станфилд, К.Клитцинг, П.Крэндалл, Д.Крэндалл.

Конструктивные особенности появившихся в последние десятилетия новых типов судов и плавучих объектов с нетрадиционной формой корпуса и принципами поддержания на плаву (судов на воздушной подушке и подводных крыльях, плавучих буровых установок и т.п.), а также новые принципы использования плавучих СПС, все чаще исключают возможность применение традиционных архитектурно-конструктивных компоновок (АКК) их внешнего облика, что приводит к необходимости поиска и применения при их создании оригинальных технических решений, удовлетворяющих новым требованиям и условиям использования этих, сооружений. Наибольший вклад в разработку новых АКК плавучих СПС внесли С.Яницкий, М.А.Ловягин, Л.А.Петраков, Э.Н.Гарин, Г.Н.Финкель, Д.-Л.Кларк, Д.Станфилд, К.Мюллер, Г.Асмуссен, А.Мельгорн, Ф.Клитцинг, Ф.Хдррис, П.Крэндалл, Д.Крэндалл.

Хотя некоторые из оригинальных проектных решений, использованных при создании плавучих СПС были эпизодическими, а другие довольно часто применяются при создании плавучих СПС различных типов, в технической литературе по проектированию этого типа плавучих сооружений они не нашли соответствующего отражения. При этом наиболее сложной для проектанта задачей в процессе создания плавучего СПС, особенно нетрадиционного назначения, является обоснованное формирование АКК его внешнего облика, обеспечивающей наиболее рационально выполнение всех необходимых функций этим сооружением, как на основе традиционных, так и с использованием оригинальных проектных решений АКК, а также корректное определение основных его характеристик. Однако, существующий подход и методы, его реализующие, не обеспечивают решение таких задач.

Для возможности корректного и обоснованного использования при проектировании плавучих СПС, как традиционных, так и оригинальных проектных решений АКК их внешнего облика, выполнена настоящая работа, ориентированная на совершенствование методов теории проектирования судов в части, касающейся этого типа плавучих сооружений.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Смирнов, Александр Геннадьевич, 2006 год

1. Устройство для защиты плавучего дока от ветра Высокородов Н.С. 2 Авторское свидетельство СССР 381

2. Ворота для закрытого дока Коваленко А.Г., Татарков П.И., Тархов В.В. 3 Авторское свидетельство СССР 387

3. Перекрытие плавучего дока Якушев В.А., Кузьмин В.Г., Тубман В.О. 4 Авторское свидетельство СССР 485

4. Плавучий док Базилевич Л.В., Беляевская И.А. Песок Я.Д., Петраков Л.А. 5 Авторское свидетельство СССР 509

5. Передаточный плавучий док Викторов В.Н., Чесноков В.П., Тархов В.В., Сорочинский А.Г., Пикищенков В.А. 6 Авторское свидетельство СССР J 2 512

6. Торцевое закрытие плавучего V дока Тархов В.В., Сорочинский А.Г., Петис П.Г. 7 Авторское свидетельство СССР 537

7. Перекрытие плавучего дока Тархов В.В., Сорочинский А.Г., Коннов В.Н. 8 Авторское свидетельство СССР 648

8. Плавучий док Сигурдур И. 9 Авторское свидетельство СССР 674

9. Плавучий док Брайнин А.И., Васильева А.А., Каганер Я.Б., Кутнер Е.А., Петраков Л.А., Чуистов Ю.В. 10 Авторское свидетельство СССР 706284 Передвижная крыша плавучего дока Постнов В.А., Финкель Г.П., Иванов Л.В., Ковалев А.П. 11 Авторское свидетельство СССР J2 73

10. Плавучий док-эллинг Базилевич Л.В., Пегов П.П., Петраков Л.А. 12 Авторское свидетельство СССР 779

11. Перекрытие плавучего дока Финкель Г.Н., Иванов Л.В. 13 Авторское свидетельство СССР 785

12. Плавучий док для судов на подводных крыльях Гинцбург А.П., Мурадян А.А., Финкель Г.П. 14 Авторское свидетельство СССР 1009

13. Передаточный плавучий док Тархов В.В., Каплун Ю.А., Тархов Е.В., Дудаков А.А. 15 Авторское свидетельство СССР 1017

14. Плавучий док Аман В.К., Гаврилов Г.П., Кузина Н.П., Курилко Г.П., Миллер В.И., Песок Я.Д., Петраков Л.А., Царьков П.А., Чесноков В.П., Коряко С П 16 Авторское свидетельство СССР 1030

15. Плавучий док Галаунер В.Н., Петраков Л.А., Смирнов А.Г., Чуистов Ю.В. 17 Авторское свидетельство СССР 1049

16. Плавучий док Беляковский В.П., Муратов И.Ю., Приш;епа В.Ф., Радинский Е.И. 18 Авторское свидетельство СССР 1088

17. Устройство для крепления понтона к борту судна Курилко Г.П., Царьков П.А., Щербина А.П., Петраков Л.А. 19 Авторское свидетельство СССР Ш 1093

18. Плавучий доковый комплекс Базилевич Л.В., Жарков Н.С., Животовский А.А., Леонов Н.Е., Пегов П.П., Петраков Л.А., Смирнов А.Г., Чуистов Ю.В. 20 Авторское свидетельство СССР 1100

19. Устройство для докования плавучих средств Гундобин А.А., Пивоваров Ю.Г., Финкель Г.П.

20. Плавучий док Биндусов Ю.А., Сергутов Г.И., Лычинский С И 22 Авторское свидетельство СССР 1248

21. Доковый комплекс /Финкель Г.Н. 23 Авторское свидетельство СССР 1334

22. Плавучий ремонтный комплекс Берков А.Е., Токарев Б.Л., Штонда В.Н. НатентРФ 2056

23. Нлавучий док/Гарин Э.Н. Патент РФ на промышленный образец 54

24. Плавучий док Аман В.К., Смирнов А.Г., Петраков Л.А., Лазарев A.M., Шляхтенко А.В. Пашин В.М. Оптимизация судов. Л., Судостроение, 1983 Петраков Л.А., Попов Е.А., Соколов В.В., Шауб П.А. Плавучие доки большой подъемной силы Судостроение за рубежом, 1979, 4, с.22-23 Петраков Л.А. Выбор главных размерений плавучего дока открытого типа

25. Dock floattant de lancement Hall D.C., Leavitt СМ., Johnson W.C. 146 Brevet France 2337

26. Bassinflottant deradoub/Igvanvason S. 147 Brodo Gradnja. 1970, 6, p. 374-375 148 Bundesrepublik Deutschland Patentschrift 1103

27. Vorrichtung zum Anlanund Zuwasserbringen von Schiffen, insbesondere von Booten Laube E. 149 Bundesrepublik Deutschland Patentschrift 2112%

28. Schwimmdock KrausW. 150 Bundesrepublik Deutschland Patentschrift J 3507

29. Schwimmdocks mit ausfahrbaren Pontons Klitzing K. 158 Deutsches Reich Patentschrift 398

30. Selbstdockendes Schwimmdock Palmblad E. 159 Deutsches Reich Patentschrift 406

31. Schwimmdock Hitzemann R., MuUerM. 160 Deutsches Reich Patentschrift 436

32. Schwimmdock Matthisen H., Moller A. 161 Deutsches Reich Patentschrift J 470255. Aus zwei mittels Gelenkstangen N verbundenen Dockteilen bestehendes Schwimmdock Rylke A. 162 Deutsches Reich Patentschrift 494060 Schwimmdock mit Bodenkasten

33. Schwimmdock Muller M., UlhmanF. 165 Erfinderpatent die Deutsche DemokratisheRepublik№ 78

34. Schwimmdock Demmin K., Gaberman K., Shmidt G. 166 Erfmdeфatent die Deutsche Demokratishe Republik 157

35. Schwimmdock Demmin K., Gaberman K., Rashki G., Shmidt G. 167 Great Britain Patent 557

36. Improvement in floating docks Maunsell G.A. 168 Great Britain Patent J 1398

37. System faciliting operation to carried out N on sky hull Alucrom A.B. 169 Great Britain Patent 2144

38. Anordning for partiell docksattning av ett fartyg/ Lindstrom L-E. 191 Sverige patent 436

39. Flytdocka Lundberg T. 192 SusatL. Tipologia e criteri dimpiego (bacini galleggianti) La marina Italiana, 1988, №2,65- 72

40. Improvement in floating docks Clark J.L., Standfield J. 196 United States Patent 210

41. Improvement in floating-docks Clark J.L., Standfield J. 197 United States Patent 731

42. Floating dock Clark L.E. 198 United States Patent 843

43. Dock Overton W.E/ 199 United States Patent 857

44. Floating dry dock Gunnell E. 200 United States Patent 1279

45. Sectional dry dock Crandall J.L. 201 United States Patent 1474

46. Sectional floating dry dock Long E.M. 202 United States Patent 2291

47. Floating dry dock Harris F.R. 203 United States Patent 2 2291

48. Floating dry dock Harris F.R. 204 United States Patent 2325

49. Floating dry dock Harris F.R. 205 United States Patent №2379

50. Floating dry dock/Crandall J.S. 206 United States Patent 2379

51. Multiple unit floating dry dock Harris F.R. 207 United States Patent №2465

52. Floating dock/Crandall J.S. 208 United States Patent 3133518. Dry dock lock Burnett A.L. 209 United States Patent 3709177. Dry dock pontoon providing improved stability Crandall P.S. 210 United States Patent 3 805

53. Float connection apparatus Robinshaw A.P. 211 United States Patent 4479

54. Floating dock Lundberg T. 212 Waterways Harbors Division. 1970, Vol. 96, 1, p. 121-144