Разработка и анализ модели развития высокоскоростного водного транспорта Мьянмы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Вунна Мое

• Вунна Мое
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Вунна Мое

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МЬЯНМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛИНИЙ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

1.1 . Общие географические сведения

1.2. Порты Мьянмы

1.3.Анализ возможных направлений транспортных линий высокоскоростных судов

1.4.Метеорологические ограничения

1.5.Навигационные ограничения

ГЛАВА 2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПОВ СКОРОСТНЫХ СУДОВ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛИНИЙ МЬЯНМЫ

2.1. Исходные предпосылки по данным анализа географических и погодных условий

2.2. Анализ мирового опыта судостроения для высокоскоростных судов морских линий

ГЛАВА 3. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СУДОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Метод оценки эффективности применения высокоскоростных судов на стадии технико- экономического обоснования проекта

3.1.1. Существующие подходы к определению контрактной стоимости судна

3.1.2. Определение водоизмещения

3.1.3. Определение потребной мощности энергетической установки

3.1.4. Оценка контрактной стоимости

3.1.5. Определение провозной способности судна за навигацию

3.1.6. Оценка суммарных расходов по судну

3.1.6.1. Оценка эксплуатационных расходов

3.1.6.2. Переменные эксплуатационные расходы по судну

3.1.6.3.Определение проектных характеристик ВСС для этапа внутреннего проектирования судна

3.2. Анализ сравнительной эффективности судов

3.3. Использование выбранных высокоскоростных судов для провинциальных линий

3.4. Наиболее близкие прототипы судов для линий Мьянмы

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРОХОДНЫХ СУДОВ ЗА СЧЕТ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

4.1. Исследование возможности применения высокоскоростного судна со скоростью полного хода 55 узлов

4.2. Анализ альтернативных проектных решений, направленных на снижение стоимости перевозок с учетом местных особенностей эксплуатации

4.3. Оценка увеличения водоизмещения от изменения материала корпуса

4.4. Оценка увеличения потребной мощности судов

4.5. Проработка возможности применения дизелей различных типов на судах со стальным корпусом

4.6. Оценка возможности применения водометных движителей катамарана при изменении материала корпуса и замене дизелей

4.7. Оценка экономических характеристик однокорпусного судна и катамарана для различных вариантов материала корпуса и типов дизельных двигателей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и анализ модели развития высокоскоростного водного транспорта Мьянмы»

ВВЕДЕНИЕ

Развивающиеся страны Юго-Восточной Азии имеют значительную протяженность морского побережья и традиционно развитое паромное пассажирское сообщение, позволяющее осуществлять коммуникации в условиях недостаточного развития дорог. В последнее время развитие бизнеса требует ускорения пассажирского сообщения, поэтому целый ряд таких стран заинтересованы в развитии высокоскоростного водного транспорта. Успешное развитие высокоскоростного водного транспорта в Австралии, Японии, Южной Корее инициировали интерес к его развитию в таких странах, как Китай (включая Гонконг), Вьетнам, Сингапур.

Во всем мире проектируется и строится большое количество скоростных судов. Можно говорить о сформировавшемся рынке высокоскоростных судов (ВСС) для пассажирских и автомобильно-пассажирских перевозок на котором в настоящее время преобладают скоростные катамараны и однокорпусные суда.

Союз Мьянма (бывшая Бирма) находится в северо-западной части полуострова Индокитай. Развитие транспортного грузопотока через порты Мьянмы повлекло крупные инвестиции и создание новых портов за пределами традиционного центра развития страны - порта Янгон (Рангун). Необходимость перевозки пассажиров между портами заставляет изучить возможности создания и развития системы высокоскоростного водного транспорта в Мьянме. География Союза Мьянма и климат страны благоприятны для развития водного транспорта.

Какой-либо опыт развития скоростного водного транспорта в Мьянме отсутствует. Поэтому исследование задачи о перспективах его развития должно было начинаться с исследования перспективных линий и климатических ограничений для применения высокоскоростных судов (ВСС), с учетом результатов которого в дальнейшем необходимо обоснованно определить наиболее перспективные типы ВСС для этих линий с учетом их технических характеристик в зависимости от пассажировместимости и протяженности линий.

Таким образом в результате исследования необходимо решить задачу технико - экономического обоснования выбора судов и подготовки технических

заданий на заказ ВСС для линий Мьянмы. Учитывая ограниченную платежеспособность населения, необходимо было также исследовать возможности максимального удешевления транспортных услуг за счет применения альтернативных технических решений и их внедрения на ВСС.

Указанные работы в такой комплексной постановке проводятся применительно к Мьянме впервые. Постройка и введение в эксплуатацию пассажирских ВСС может позволить решить проблему повышения скорости и качества пассажирского флота Союза Мьянма. Результаты работы представляют интерес для целого ряда прибрежных развивающихся стран, заинтересованных в развитии высокоскоростного водного транспорта, а также для стран, стремящихся экспортировать свои строящиеся ВСС, в том числе для России. Поэтому выбранная тема является актуальной.

Вопросы проектирования высокоскоростных судов рассмотрены в ряде книг [3]-[10] и нескольких диссертациях [14]-[26], а также в отечественных и зарубежных публикациях [27], [30]-[42], [45]-[46], [48], [50]-[57]. Однако в большинстве этих работ решаются задачи проектирования судов, отвечающих заданным требованиям. Вопросы предпроектной оценки характеристик судов, то есть задачи, стоящие при формировании технического задания на создание или покупку судна для рассматриваемой линии, посвящен существенно более узкий круг работ. Здесь следует отметить работы развивающие экономическую методологию для таких оценок В.И. Краева [6] и В. П.Соколова [10], работы по обоснованию выбора характеристик скоростных судов Э.Б.Сахновского [18],[25],[39], Л.Б.Абрамовского [14], [27], работы А.Г.Ляховицкого и его учеников [28],[34],[35], а также зарубежные публикации [40],[42],[52],[57]. Масштабное исследование технических и экономических аспектов применения высокоскоростного водного транспорта в России приведена в работе А.В.Пустошного и др. [37]. Подходы к исследованиям, примененные в [37] с существенной корректировкой, учитывающей особенности и возможности Мьянмы, были использованы в настоящей работе. В России группа авторов под руководством А.В.Пустошного впервые выполнила комплексное исследование

перспектив применения высокоскоростного водного транспорта в России. Результаты работы позволили выявить целый ряд отличий в тенденциях развития российского высокоскоростного водного транспорта от тенденций развития в странах, наиболее продвинутых в этой области, и показала возможные пути развития высокоскоростного транспорта в России. В качестве инструмента для анализа и обоснования технических решений по выбору оптимальных типов судов в России в указанной работе был использован метод анализа экономических аспектов эксплуатации судов различных типов в течение жизненного цикла, разработанный, в частности, в трудах В.И.Краева и применяемый при обосновании характеристик водоизмещающих транспортных судов. При таком подходе традиционное рассмотрение технических вопросов, в частности определения характеристик судов, входит важной составной частью в общий экономический анализ, в существенной степени определяя его результат.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МЬЯНМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛИНИЙ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 1.1 . Общие географические сведения.

Мьянма - страна, расположенная на восточном побережье полуострова Индокитай. По суше Мьянма граничит с Бангла Деш и Индией на Северо- Западе, с Китаем на Северо-Востоке, с Лаосом на Востоке, с Тайландом на востоке и юге. Максимальная протяженность Мьянмы с Севера на Юг составляет более 2000 км, с Запада на Восток - около 900 км. Карта Мьянмы представлена на рис.1.1. Ниже в главе 1 приводятся необходимые для дальнейшего исследования данные по климату, портам и хозяйственной деятельности Мьянмы, обобщающие сведения, размещенные на электронных ресурсах [64]-[76].

Рис.1.1. Карта Мьянмы Побережья омывают моря Адамантского моря и Бенгальского залива. С

Востока Адамантское море ограничено Адамантскими и Никобарскими

островами, принадлежащими Индии. По морю с севера Мьянма граничит с Бангла

Деш, с юга - с Тайландом. Береговая линия расположена почти в меридиональном

направлении на Севере и Юге страны, с многочисленными островами (особенно на юге).

Важнейший для страны участок побережья, включающий залив Моутама (Мартабан), в который впадают крупные реки Мьянмы - Салуин и Ситаун, а также западнее - обширную по площади дельту крупнейшей судоходной реки Мьянмы Иравади простирается в широтном направлении примерно посредине страны. В долине, образовавшейся в междуречье этих двух рек, сосредоточено основное население и основная хозяйственная деятельность Мьянмы.

1.2. Порты Мьянмы.

Примерно в 30 км (18 милях) от побережья залива Моутама, при слиянии

рек Янгон и Пегу расположен крупнейший город и порт страны Янгон (бывший Рангун) с населением в настоящее время, по разным источникам, от 5 до 7 млн. человек (см. рис.1.2). Город является крупнейшим портом страны, культурным и хозяйственным центром и основным местом концентрации туристических достопримечательностей, связанных с историей и жизнью людей в стране (природные достопримечательности расположены в природных парках на значительном отдалении от Янгуна).

Ранее Янгон был столицей Мьянмы, однако в конце 20 века столица была перенесена в город Нейпьидо (около 1 млн жителей), расположенной на реке Ситаун в 185 милях (около 300 км) от побережья. Карта района порта Янгон представлена на рис. 1.2.

В настоящее время Янгон остается крупнейшим транспортным центром страны. Здесь в 12 милях (19км) от центра города, расположен крупнейший в стране международный аэропорт, являющийся основным аэропортом для международных сообщений. Он имеет прямые рейсы с рядом региональных центров Азии: Дакка, Ханой, Хошимин, Гонконг, Токио, Пекин, Сеул, Гуанджоу, Тайбей, Бангкок, Куала- Лумпур, Куньминь и Сингапур. Аэропорт обслуживает около 20 внутренних направлений, но основной пассажиропоток приходится на внутренние туристические направления на Баган, Мандалай, Хехо и Нгапали, а также в столицу Нейпьидо.

Порт Янгона основан в 1880 году. В 2011 году администрация портов Мьянмы МРА начала тесное сотрудничество с китайскими компаниями (СССС TDC Niangin Dredging), которые приняли активное участие в углублении порта Янгон, что позволило увеличить размер судов, обслуживаемых портом до дедвейта с 15 до 35 тыс.тонн.

Администрация также способствовала развитию специальной экономической зоны Мьянма, включая привлечение крупных инвестиций для развития современного порта Давей (см. таблицу 1.2 и карту рис.1.3) совместно с Италией и Тайландом.

Морской транспорт в порту обслуживается промышленным портом Мьянмы и встроенным портом Мьянмы «MIPL» в самом городе, а также портами - спутниками Янгона: портовыми терминал «Азиатский мир» в городке Алон и международный терминал Мьянмы Тилавуа (MITT) в 25 км от города.

Моутама

1 Jj^A

Рис.1.2. Район порта Янгон

Таким образом, Янгон, несмотря на потерю столичного статуса, будет в

дальнейшем в данной работе рассматриваться как крупнейший центр водного транспорта страны, город с наибольшим населением и, следовательно, с наибольшим спросом на транспортные услуги. Поэтому все транспортные связи будут рассматриваться в привязке к порту Янгон.

На рисунке 1.3 представлена карта крупных портов страны, в таблицах 1.1 и 1.2 указано население портовых городов. По этим данным можно выделить три потенциальных направления для использования пассажирского водного транспорта.

Два из этих направлений - это дальние линии вдоль побережья от Янгона до Северных и Южных районов страны вдоль побережья с заходом только в крупные порты. Расстояния между крупнейшими морскими портами Мьянмы по предполагаемым дальним маршрутам Янгон - Север и Янгон - Юг представлены в Таблицах 1.1 и 1.2. Там же указаны численность населения портов и расстояния до ближайших крупных портов.

Рассматривая дальние морские перевозки в Мьянме необходимо рассматривать возможности продления южных транспортных линий за границы Мьянмы. На небольшом расстоянии от южной границы страны расположен принадлежащий Тайланду остров Пхукет, являющийся крупным международным курортом и центром зарубежного туризма, включая российский. Численность туристов на Пхутете составляет около 5 миллионов человек в год. Привлечение хотя бы небольшой части этих туристов для посещения Мьянмы способно обеспечить пассажиропоток линии водного транспорта. Расстояние от Пхукета до Янгона составляет 524 морские мили (около 70 миль до южного порта Мьянмы Котонг).

Рис.1.3. Карта крупнейших портов Мьянмы

Таблица 1.1. Крупнейшие порты на предполагаемом дальнем маршруте Янгон -Север.

Порт Район или Число Расстояние от Янгона Расстояние до

провинция жителей (морские мили) соседних портов (морские мили)

Янгон Янгон 7000000 0 103

Патейн Рег.Айерарвади 300000 103 103-257

Тандуа Штат Ракхайн 300000 360 257-105

КуаикДжу Штат Ракхайн 458000 465 105-65

Ситтуе Штат Ракхайн 200000 530 65

Таблица 1.2. Крупнейшие порты на предполагаемом дальнем маршруте Янгон -

Юг.

Порт Район или Число Расстояние от Янгона Расстояние до

провинция жителей (морские мили) соседних портов (морские мили)

Янгон Янгон 7000000 0 135

Мауламайн Штат Мон 300000 135 135-135

Давей (Тавой) Обл.Танинтару 150000 270 135-90

Маейк Обл.Танинтару 290000 360 90-90

Котонг Обл.Танинтару 150000 450 90

Как уже отмечалось, Адаманское море с Запада ограничено Адаманскими и Никобарскими островами. Расстояние от Янгона до центрального города Адаманских островов Порт Блейр составляет 372 морских мили. Адамантские острова, сейчас рекламируются как популярное место для европейского «экологического туризма». Однако, из-за ограничений на посещение островов, вводимых Индией из экологических соображений для сохранения этого практически нетронутого уголка природы, численность туристов на Адамантских островах относительно невелика и составляет около 200 тысяч человек в год, в то время как Никобарские острова вообще закрыты для туризма. Поэтому сомнительно, что данное направление сможет стать массовым для связи высокоскоростным водным транспортом с Мьянмой, скорее здесь можно говорить о экологических круизах, включивших Пхукет, Мьянму и Адаманские острова, поскольку круизные суда обеспечивают жилье для туристов и этим снижают нагрузку на природу побережья.

В качестве третьего направления развития высокоскоростного водного транспорта Мьянмы следует рассматривать район залива Моутама с его портами, расположенными в глубоких протоках и заливах дельты крупнейших рек Мьянмы. Безусловным преимуществом, определяющим перспективы высокоскоростного водного транспорта в пределах залива Муотама, является относительно небольшие расстояния между крупными городами. Карта залива представлена на рис. 1.4.

Рис.1.4. Карта прибрежных районов залива Муотама. В таблице 1.3 приведены порты залива Моутама с указанием их расстояния

до Янгона

Таблица 1.3. Крупнейшие порты залива Муотама.

Порт Число жителей Расстояние от Янгона (морские мили), иаправление.

Янгон 7000000 0

Патайн (Бассейн) 300000 103 West

Пхьяпоун 300000 41 West

Богале 350000 81 East

Лабута 50000 138West

Моламьяйн 300000 135 East

Мудоун 100000 95.44 East

Моутама 50000 167 East

1.3.Анализ возможных направлений транспортных линий высокоскоростных судов.

При анализе возможных линий пассажирских перевозок высокоскоростными судами необходимо учитывать ряд факторов, включая, прежде всего, наличие альтернативных видов транспорта.

Анализируя возможности транспортного сообщения в стране, альтернативного морскому, следует отметить, что Янгон является одновременно крупнейшим железнодорожным узлом страны. Железнодорожная сеть Мьянмы достигает 5403 км (3357 миль) и охватывает районы Верхней Мьянмы (Ней Пьи То, Мандалай, Швебо), районы в глубине страны (Мьичина), район нагорья Шан (Таунди, Лашо) и побережье Таининтай. Города-спутники Янгона соединяются окружной железной дорогой длиной 45.9 км (28.5 миль) с 39 станциями, что, наряду с развитым автобусным сообщением, принимает на себя основные транспортные потоки вблизи Янгона. Таким образом, на настоящее время в наиболее развитых районах Мьянмы водный транспорт (использующий традиционные тихоходные водоизмещающие суда) проигрывает конкурентную борьбу за пассажирские перевозки автомобильному и железнодорожному транспорту.

Портовые города, отнесенные выше к Северному направлению, не имеют железнодорожного сообщения. В Южном направлении имеется железнодорожная ветка до города Тавой, то есть примерно до половины расстояния от Янгона до границы. Поэтому здесь конкуренция между водным транспортом и железными дорогами вполне реальна.

В стране имеется также разветвленная сеть автомобильных дорог всех типов (около 4500 км), однако они далеко не всегда отремонтированы и поэтому имеют ограничения по пропускной способности и скорости передвижения. Кроме того, перевозки в отдаленные районы страны по таким дорогам представляются затруднительными вследствие больших расстояний и малообжитой местности со сложным рельефом.

Рис.1.5 Карта штата Ракхайн Рис.1.6. Карта региона Танинтару Города залива Муотама имеют железнодорожное сообщение. Однако,

вследствие изрезанности берегов широкими заливами с устьями рек, расстояния

по железной дороге, например от Янгона до крупнейшего порта Моламьяйн, в 1.5

раза длиннее, чем по морю. То есть в районе залива Муотама в наибольшей

степени может проявиться ускорение перевозок при использовании

высокоскоростного водного транспорта за счет возможности судов существенно

сокращать расстояния при движении поперек залива или реки.

Практически все морские порты залива Муотама соединены с

разветвленной системой рек. Речной транспорт является традиционным для

перевозки грузов от моря вглубь страны. В то же время, его развитие сильно

ограничено особенностями рек.

Из внутренних водных путей выделяется следующие реки:

Наболее важная речная артерия - река Иравади, судоходная примерно на

расстоянии 2000 км, не считая притоков (крупнейший - Чиндуин имеет длину 800

км). Течение Иравади спокойное, за исключением 2 горных участков, где подъем

рек может составить более 25 м. В нижнем течении реки вблизи залива Муотама

весьма сложные судоходные условия создаются за счет влияния приливов,

которое чувствуется на расстояние более 120 км. Глубины моря на выходе из рек

невелики, например, у Иравади в 100 км от устья глубины составляют всего 75 м.

Имеет место существенная зависимость обстановки в акватории Иравади от

времени года - например, ширина реки в районе Мандалая изменяется от 2 до 12

км во время разливов, очень часто разливы могут принимать катастрофический характер. Порт Янгон, расположенный на слиянии 2 рек, имеет связь с речной системой Иравади.

В принципе, возможно использование высокоскоростного водного транспорта для связи Янгона со столицей (расстояние между портами Янгона и речным портом Нейпьидо составляет 178 морских миль (330 км)). Однако наличие развитой сети автомобильных дорог и железной дороги делает этот маршут малоперспективным для высокоскоростных судов.

В Янгоне существует собственное паромное сообщение через реки Дала и Тхалин и региональный паром до дельты реки Иравади. 22 мильный канал Twante был долгое время кратчайшим путем из Янгона к дельте реки Иравади, но с 1990 года было отрыто круглогодичное сообщение по автодорогам от Янгона до дельты Иравади и Аун Мингала. Поэтому пассажирское сообщение в Верхней Бирме через реку Иравади теперь ограничено только туристическими речными круизами. Паромы в дельте между тем продолжают активно использоваться.

Самая длинная река Мьянмя - Танлуин, протяженностью около 3000 км. Она берет начало в Китае. Уровень воды в реке зависит от муссонов. На реке много порогов, поэтому на большом протяжении она не пригодна для судоходства. В устье реки в одном из прибрежных проливов залива Моутама расположен город и порт Муламьяйн .

Третья река - Ситаун, длиной около 560 км. Так как родники и дождевые потоки, питающие реку непостоянны, то колебания уровня реки и даже изменения ее русла происходят очень интенсивно. В связи с вырубкой лесов река сильно обмелела, и в сухой период судоходство на нем полностью прекращается. Зато летом река катастрофически разливается, смывая деревни и дороги. В низовьях реки сильные морские приливы, которые значительно опасней, чем на Иравади. Приливные волны высотой 3.5 м движутся со скоростью около 20 км в час на 80 км вверх по реке.

В стране также много более мелких рек, которые создают разветвленную

сеть.

Подводя итог проведенного анализа, можно выделить для дальнейшего изучения следующие направления развития высокоскоростного водного транспорта Мьянмы:

1. Дальние маршруты Янгон - Север и Янгон - Юг должны обслуживаться мореходными судами, рассчитанными на дистанции в обоих случаях до крайних точек около 450-500 миль (в случае продления южного направления с возможностью транспортировки туристов из Пхукета - 550 миль).

2. Средние морские маршруты в пределах залива Моутама на максимальные расстояния до 150 миль с возможностью захода в устья рек.

3. Суда с теми же характеристиками могут использоваться для региональных радиальных сообщений в пределах Северного штата Ракхайн (рис.1.5) и Южного региона Танинтару (рис.1.6). В этом случае транспортная связь между крупными городами (в среднем 300000 жителей) может сопровождаться заходом в более мелкие населенные пункты побережья.

4. Рассмотрение возможности создания высокоскоростного водного транспорта по на реке Иравади, а также между Янгоном и столицей Нейпьидо (350 км) с возможностью обеспечения заходов в промежуточные порты представляется существенно менее перспективным, чем на морских линиях, что объясняется наличием развитой сети других видов транспорта именно в этом регионе страны, а также изменчивостью водного режима рек и навигационных условий. Поэтому в настоящей работе рассмотрение внутренних водных путей не производилось.

1.4.Метеорологические ограничения.

Мьянма расположена в тропиках, поэтому климат Мьянмы круглый год жаркий. Средние показатели погоды для района Янгон, составленные на базе обобщения многочисленных опубликованных в интернете данных, представлены в Таблице 1.4. Как видно из представленной таблицы, погода в Мьянме носит ярко выраженный сезонный характер, определяемый муссонами.

Таблица 1.4. Погодные показатели для района Янгон

Мес. Янв Февр Март Апр Май Июнь Июль Авг Сент Окт Ноя Дек Год

Макс 37.8 38.3 39.4 41.1 40.6 36.7 33.9 33.9 34.4 35 35 35.6 41.1

Оср. Макс 32.2 34.5 36 37 33.4 30.2 29.7 29.6 30.4 31.5 32 31.5 32.3

Сред Дневн 25.1 26.9 28.8 30.7 29.2 27.4 26.9 26.9 27.3 27.9 27.2 25.3 27.5

Нижн.оср 17.9 19.3 21.6 24.3 25 24.5 24.1 24.1 24.2 24.2 22.4 19 22.6

Нижн. рекорд 12.8 13.3 16.1 20 20.6 21.7 21.1 20 22.2 21.7 16.1 12.8 12.8

Осадки мм 5 2 7 15 303 547 559 602 368 206 60 7 2.681

Дождь Дней 0.2 0.2 0.4 1.6 12.6 25.3 26.2 26.1 19.5 12.2 4.8 0.2 129.3

Влажн. % 62 66 69 66 73 85 86 87 85 78 71 65 74

Солн. Час 300 272 290 292 181 80 77 92 97 203 280 288 2.452

Муссоны определяют погоду в наиболее экономически развитой части страны (в долине, образованной реками Иравади, Ситтанг и Селуин). Наступление летних муссонов сопровождается штормовой и ураганной погодой, которая может продолжаться несколько недель, пока не установится благоприятный ветер. Зимние муссоны сухие и не несут значительных осадков и ветров.

Течения в Бенгальском заливе юго - восточные и восточные зимой (East Indian Current), и юго- западные и западные летом (East Indian Winter Jet).

Соответственно, муссоны в Бенгальском заливе с января по сентябрь движутся в северо- западном направлении, попадая на Никобарские и Адаманские острова в конце мая и на побережье Индии и Мьянмы в конце июня. Наиболее активны циклоны, как видно из таблицы 1.4, в период июль - сентябрь. В это время выпадает наибольшее количество осадков и часто дуют штормы, иногда катастрофические. При ветре свыше 120 км/час считается, что наступает циклон (в Северной Атлантике это соответствует термину ураган). В то же время анализ статистических данных по катастрофическим циклонам показывает, что циклоническая опасность существует не только в период июнь - сентябрь, но и в декабре, хотя в неблагоприятные годы бывает по 2-3 циклона (например, 1982 -апрель, май, октябрь, 1980 - 2 циклона в декабре, 2 циклона в 2013 году в ноябре). Продолжительность катастрофических циклонов составляет несколько дней, но

они сопровождаются сильной нагонной волной (до 12 метров) и сильными катастрофическими разливами рек. Поэтому циклоны могут приостанавливать движение по судоходным путям.

Для анализа состояния моря вблизи Мьянмы использованы метеорологические и навигационные карты, представленные в книге [2], в соответствии с которыми волнение в Адамантском море вблизи побережья Мьянмы характеризуется данными, представленными в таблице 1.5. Таблица 1.5. Данные о волнении в Адамантском море вблизи побережья Мьянмы

Месяц Волнение среднее 50% обеспеченность Волнение максимальное 1% обеспеченность

Высоты м Период сек Высоты м Период сек

Январь <1 5 <5 8

Февраль <1 3 <5 7.5

Март <1 3 <5 8

Апрель <1 Север до 1.5 Юг 3 <5 8

Май <1 Север До 1.5 Юг 3 <7.5 8

Июнь <1 Север До 1.25 Юг 3 6 <7.5 12

Июль <1 Север До 1.25 Юг 3 6 <10 14

Август <1 6 <5-7.5 12

Сентябрь <1 6 <5 Север <10 Юг 14

Октябрь <1 5-Лрг <5 Север <10 Юг 10

Ноябрь <1.5 5-Лрг <5 Север <10 Юг 7.5

Декабрь <1.5 5-Лрг <5 Север <10 Юг 7.5

Представленные в таблице 1.5 данные о средней высоте волнения приведены к 50% обеспеченности. В практике Российского судостроения при решении вопросов мореходности и спецификации мореходности судов применяют 3% обеспеченность. Коэффициент пересчета высоты волн 50% обеспеченности в 3% обеспеченность составляет 2.11.

Данные, представленные в таблице, могут быть интерпретированы следующим образом:

Для Северных районов и залива Муотана 10 месяцев в году среднее волнение моря не превышает 1 м 50% обеспеченности или 2.11 м 3%

обеспеченности. 2 месяца в году имеет место среднее волнение 1.5 м (50% обеспеченности) или 3.2м 3% обеспеченности.

Для южных районов 6 месяцев в году среднее волнение моря составляет до 1м (2.11 м при 3% обеспеченности), 2 месяца в году - до 1.25 м (2.6 м при 3% обеспеченности) и 4 месяца 1.5 м (3.2 м при 3% обеспеченности).

Высота волн 2 метра соответствует состоянию моря 4 балла, 3 м - 5 баллов. Поэтому для обеспечения максимально возможного по длительности периода безопасной эксплуатации в течении года, необходимо для Южных районов однозначно принимать мореходность судна до 4 баллов, для Северных районов и залива Муотана предпочтительнее также суда с мореходностью 4 балла, но можно рассматривать и мореходность 3 балла, при этом понимая, что будет дополнительно ограничено время эксплуатации. К сожалению, данных по временному распределению волнения между «до 4 баллов» и «до 3 баллов» в данном районе нет, поэтому следует полагать, что волнение до 4 баллов, по аналогии с периодами изменения волнения в Южных районах, будет около 2 месяцев в году.

Ограничение мореходности 5 баллов для высокоскоростных пассажирских судов не рассматривается, так как при таком шторме невозможно обеспечить комфорт пассажиров. Во всех случаях, часть муссонного периода следует рассматривать полностью несудоходным (2 месяца в год), а часть периода - как время нерегулярной эксплуатации, при которой существует необходимость и возможность укрытия в портах при приближении катастрофических циклонов, предупреждения от государственных служб о которых появляется по радио и телевидению, как правило, за 2 дня; эксплуатация высокоскоростного морского транспорта в это время должна быть прекращена.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вунна Мое, 2024 год

- - - - -

4.3. Оценка увеличения водоизмещения от изменения материала корпуса.

Оценка последствий изменения материала корпуса с алюминия на сталь будет учитываться в два этапа:

- оценка увеличения веса корпуса за счет большего веса стали по сравнению с алюминием при сохранении размерений;

- возможное увеличение размерений судна для компенсации увеличения веса и соответствующее дополнительное увеличение веса корпуса.

Для оценки изменения материала корпуса наибольший интерес для настоящей работы представляет работы Савицкого и Гора [56]-[57], в которых проведены оценки последствий изменения материала корпуса применительно к патрульным катерам. Результаты исследований представлены в работе в виде графиков рис.4.5.

Полная нагрузка, 1Т Полная нагрузка, иг

Рис.4.5 Доля веса корпуса в зависимости от веса судна по данным [2] С использованием этих графиков можно отметить, что во всех случаях вес алюминиевого корпуса для однокорпусного судна составляет 22-25% от полного водоизмещения. Для стального корпуса рассматриваемого в настоящей работе размера судов эта величина может достигать 35-36% водоизмещения.

Для катамарана подобные данные отсутствуют, поэтому с некоторой потерей точности оценок можно принять, что на один корпус приходится половина водоизмещения.

Оценка увеличения веса корпуса при сохранении размерений проводилась методом последовательных приближений. Доля веса корпуса алюминиевого судна принималась равной 22% водоизмещения, доля веса стального корпуса принималась равной величине 35% водоизмещения. Результат расчета показал, что при сохранении размерений водоизмещение судна увечилось бы на (106-88)/88 = 0.204, то есть на 20.4%.

Для того, чтобы компенсировать это увеличение водоизмещения пропорционально увеличим все размерения на коэффициент, равный корню кубическому из 1.204 (то есть умножив длину, ширину и осадку на 1.063).

Оценим дополнительное увеличение веса из-за увеличения размерений: Увеличение всех размеров с коэффициентом 1.063 означает, что вес корпуса увеличится в 1.204 раза по сравнению с весом стального корпуса исходных размерений. Таким образом, при учете увеличения размерений для компенсации веса замена алюминия на сталь приводит к увеличению водоизмещения на 118/88

= 1.34 то есть примерно на 34% и, соответственно к увеличению размерений по сравнению с исходным на 10%.

Совершенно аналогично были получены данные по водоизмещению и размерениям катамарана при замене материала корпуса с алюминия на сталь.

Водоизмещение катамарана исходное, алюминиевый корпус 219 т

Водоизмещение катамарана со стальным корпусом в исходных размерениях 262 т

Водоизмещение катамарана со стальным корпусом

с увеличенными размерениями 290 т

Таким образом, при учете увеличения размерений для компенсации веса замена алюминия на сталь приводит к увеличению водоизмещения на 290/219 = 1.33 то есть примерно на 33% и, соответственно к увеличению размерений по сравнению с исходным на 10%.

4.4. Оценка увеличения потребной мощности судов.

Проведенная оценка веса корпуса позволяет оценить увеличение потребной мощности для движения судов с заданной скоростью (30 узлов для однокорпусного и 40 узлов - для катамарана). Для этого снова воспользуемся оценками пропульсивного качества с помощью графиков Аносова ( рис. 3.6 и 3.7 в главе 3). Оценки приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9. Увеличение потребной мощности при замене материала корпуса по графикам пропульсивного коэффициента В.Н.Аносова.

Судно Исходное алюминиевое Стальное с увеличением всех размерений. Исходное алюминиевое Стальное с увеличением всех размерений.

Однокорпусное судно Катамаран

Длина м 36.2 39.8 42.6 47.2

Водоизмещение D т 88 118 219 290

Скорость узл 30 30 40 40

Рид 2.33 2.23 2.67 2.55

р 6.4/7.6 7.0/8.2 6.6/7.5 6.9/7.9

Мощность квт 4046/3407 4961/4235 13020/11458 16526/14434

Коэффициент возрастания мощности 1.22/1.24 1.27/1.26

На основании проведенных расчетов примем, что при сохранении скорости хода для компенсации увеличения водоизмещения при переходе от алюминиевого корпуса к стальному потребная мощность двигателей должна увеличиться:

- для однокорпусного судна на 24%;

- для катамарана на 27%

Исходя из полученных значений увеличения потребной мощности рассмотрим возможность применения различных дизелей на судне. 4.5. Проработка возможности применения дизелей различных типов на судах со стальным корпусом.

Для оценки общих тенденций был проведен анализ характеристик дизелей различных типов от мощности. Для этого были использованы каталоги дизелей фирм MTU, Wartsila, MAN [78] - [80]. С использованием характеристик дизелей были построены обобщающие графики рис.4.6-4.8 - соответственно, зависимости длины, ширины и высоты двигателей от мощности, на рис. 4.9- зависимость веса от мощности.

9000

8000

MTU

2 2 7000

6000

-■-WARTSILA SERIES

а

н и 5000 - ► 20,26 -A-WARTSILA SERIES 200

4000

3000

MAN

2000

0 2 4 6

Мощность (МВт)

Рис.4.6 Зависимость длины дизеля от мощности

2900 2700 ^ 2500 ^ 2300 2100 а 1900 a 1700 1500 1300

MTU

WARTSILA SERIES 20,26

WARTSILA SERIES 200

MAN

4 6

Мощность (МВт)

0

2

Рис.4.7 Зависимость ширины дизеля от мощности

Рис.4.8 Зависимость высоты дизеля от мощности

х о H

60 50 40

% 30 M

20 10 0

É®

MTU

WARTSILA SERIES 20,26

WARTSILA SERIES 200

MAN

46 Мощность (МВт)

0

2

Рис. 4.9 Зависимость веса дизеля от мощности Анализ этих графиков применительно к рассматриваемой задаче позволяет сделать следующие выводы:

1. Из среднеоборотных двигателей двигатели MAN при всех значениях мощности проигрывают двигателям Wartsila по габаритам и весу,

поэтому в дальнейшем двигатели MAN были исключены из рассмотрения.

2. При рассмотрении габаритов и весов дизелей Wartsila следует рассматривать 2 различающиеся друг от друга группы:

а) дизеля серий Wartsila 20 (мощность 700-1620 кВт, Wartsila 26 18005300 кВт с номинальными оборотами 1000 об/мин для обеих серий (созданная для близкого диапазона мощности 1500-6600 кВт серия Wartsila Vasa 32LN с номинальными оборотами 750 об/мин при сопоставимой мощности обладает весом примерно в полтора раза выше, чем серии Wartsila 20 и 26, поэтому в дальнейшем серия Wartsila Vasa 32LN также не рассматривалась); обе серии Wartsila 20 и Wartsila 26 являются тем не менее среднеоборотными дизелями и допускают применения топлива типа Fuel Oil 730 cSt/50 C, 7200 sR1/100 F, ISO 8217 category ISO-F-RMK55

б) дизеля серии Wartsila 200 с номинальными оборотами 1200-1500, которые являются промежуточным решением между высокооборотными и низкооборотными дизелями, однако предназначены для работы только с легким дизельным топливом Diesel Fuel.

Отметим:

- на судне МН35 заявленная номинальная мощность составляет: 2х1440 кВт,

- на катамаране М420 - соответственно 4х1850 кВт.

С учетом полученных выше коэффициентов увеличения мощности для стальных судов с сохранением скорости полного хода увеличенная мощность высокооборотных дизелей должна быть равна для однокорпусного судна минимум 1785 квт, для катамарана - 2349 квт. Для дальнейших расчетов были приняты ближайшие дизеля из мощностного ряда MTU.

Сопоставление характеристик дизелей с увеличенной мощностью приведено в таблице в Таблице 4.10.

алюминиевого и стального корпусов.

Однокорпусное судно Катамаран

Дизель Исходный Увеличенной мощности

Марка МТи 16У2000 М72 МТИ12У4000 М71 МТИ 12У 4000 М71 МТИ16У396 ТВ94

Мощность квт 1440 1850 1850 2560

Масса т 3.38 6.92 6.92 7.85

Длина мм 2285 2910 2910 3875

Ширина мм 1295 1520 1520 1420

Высота мм 1390 1835 1835 2060

3. Для среднеоборотных дизелей ^а^БЙа картина принципиально другая. Сам факт перехода на среднеоборотные дизеля приводит к существенному (в 2-3 раза) увеличению веса двигателя. Увеличение веса двигателя для однокорпусного судна при этом соизмеримо с утяжелением судна от замены материала корпуса. Поэтому в настоящей работе рассматривались два варианта - как замена на «чисто» среднеоборотные дизеля ^а^йа из серий 20,26, так и на промежуточные дизеля серии 200. Данные для однокорпусного судна сведены в таблицу 4.11.

Таблица 4.11. Сопоставление характеристик высокооборотных и среднеоборотных дизелей для однокорпусного судна со скоростью полного хода 30 узлов.

Исходный МТи МТи увеличенной мощности Среднеоборотный Wartsila из 20, 26 серий Wartsila 200 серия

Марка МТи 16У2000 М72 МТИ12У4000М71 6Ь26Л 12У200

Мощность 1440 1850 1860 2100

Длина 2285 2910 4212 3918

Ширина 1295 1520 1815 1768

Высота 1390 1835 2823 2545

Вес 3.38 6.92 17.2 14.7

Как видно из приведенной таблицы, применение среднеоборотных дизелей связано с существенным увеличением веса и габаритов. Учитывая увеличение размерений судна при переходе от алюминиевого корпуса на стальной,

увеличение габаритов дизелей не могло бы служить препятствием для применения их на судне. Однако критичным становится увеличение веса дизелей. По сравнению с весом высокооборотных дизелей увеличенной мощности, увеличение веса среднеоборотных дизелей составляет 20.5 тонн (на 2 дизеля) для серий 20,26 и на 15.6 тонн для серии 200. Это требует увеличения водоизмещения судна соответственно на 17 и 13% по сравнению с оцененной ранее без учета увеличения веса дизелей величины 118 тонн. Такое дополнительное увеличение водоизмещения судна для компенсации увеличения веса дизелей соизмеримо с увеличением веса корпуса при замене алюминия на сталь (согласно ранее проведенным оценкам можно говорить, что увеличение веса корпуса в первом приближении на 20% потребовало для компенсации увеличения размерений еще 10% увеличения водоизмещения, и в сумме на 28% увеличения мощности).

На рисунке 4.10 приведена зависимость прогнозируемого увеличения мощности двигателей по отношению к исходному алюминиевому судну, принимая линейный характер этих изменений. При использовании графика необходимо учесть, что только переход на стальной корпус потребовал увеличения мощности на 28% при водоизмещении 118 т, еще 5% увеличения мощности потребовалось бы при учете увеличения веса высокооборотных двигателей (водоизмещение 125 т). В случае замены дизелей на среднеоборотные водоизмещение было оценено величиной 140.6 т с дизелями серии 200 и до 145.6 т с дизелями 6Ь26Л, еще 10% увеличения водоизмещения необходимо добавить для компенсации веса дизелей, при этом водоизмещение увеличится соответственно до величин 154 и 160 т. Согласно графику потребная мощность должна увеличиться по сравнению с алюминиевым корпусом на 60-75%.

При этом надежды на некоторое снижение расхода топлива при переходе на среднеоборотные дизеля (с 230 до 185 г/квт х час) не состоятельны, так как 20% снижения расхода топлива полностью нивелируется 35% увеличением потребной мощности при переходе на стальной корпус. Дальнейшее увеличение водоизмещения для размещения среднеоборотных дизелей связано с

Однокорпусное судно

118 т

О 2

70 90 110 130 150 170

Водоизмещение, Т

Рис.4.10. Рост потребной мощности для сохранения скорости 30 узл с ростом

водоизмещения

Исходя из этих рассуждений, для однокорпусного судна на 200 пассажиров замена дизелей на среднеоборотные и даже на дизеля промежуточных серий представляется нецелесообразным.

С учетом изложенного может оказаться целесообразным применение среднеоборотных дизелей с одновременным снижением мощности и скорости полного хода. Например, снижение мощности двигателя вдвое привело бы к снижению веса среднеоборотного двигателя до уровня веса высокооборотного двигателя, потребного для поддержания скорости 30 узлов на стальном судне (дизель марки 5L20 мощностью 850 кВт имеет вес 7.5 т), однако в этом случае скорость судна составила бы, согласно выполненным приближенным оценкам, около 23 узлов. Рассматривая работу на дистанции 270-305 миль или круговой маршрут на дистанции 150 миль, получим продолжительность рейсов около 12 -13 ходовых часов. Это выходит за нормативы времени перевозки пассажиров в креслах. Тем не менее, ниже (в параграфе 4.6) будут оценены экономические аспекты такой замены для однокорпусного судна.

Данные для катамарана сведены в таблицу 4.12. Из представленной таблицы видно, что применение среднеоборотных дизелей серий 20 и 26 и даже промежуточной серии 200 приводит к увеличению веса каждого из 4 дизелей, соответственно на 14 и 10 тонн по сравнению с высокооборотным дизелем MTU с

мощностью 2560 квт, необходимой для движения судна со стальным корпусом на скорости 40 узлов. Увеличение водоизмещения судна на 40-56 тонн ( 13-20% от 290 тонн) повлечет за собой необходимость увеличения размерений и еще около 10% увеличения веса корпуса с дальнейшим увеличением мощности, запасов топлива и т.д. Совершенно аналогично однокорпусному судну, такой вариант признан не пригодным для дальнейшей проработки.

Таблица 4.12. Сопоставление характеристик высокооборотных и среднеоборотных дизелей для катамарана с вариацией скорости полного хода.

Исходный MTU MTU увеличенной мощности Среднеоборот. Вяртс. 20, 26 серий Вярт-сила 200 серия Вярт-сила 30 узл 4 двиг Вярт-Сила 30 Узл 2 двиг Вярт- сила 23 узла 4 двиг. Вярт-сила 23 узл 2 двиг. с

Марка MTU12 V4000 M71 MTU16 V396 TB94 8L26A 16V200 9L20 12V26A 5L20 6L26A

Мощность квт 1850 2560 2480 2800 1620 3720 825 1860

Длина мм 2910 3875 5249 4512 4076 5124 2833 4212

Ширина 1520 1420 1863 1840 1713 2474 1567 1815

Мм

Высота мм 1835 2060 2838 2825 2073 3415 2148 2823

Вес 6.92 7.85 21.8 17.5 11.6 29.2 7.8 17.2

Однако, в отличие от однокорпусного судна, для катамарана оказалось целесообразным рассмотреть 2 возможности:

а) снижение скорости до 30 узлов (что соответствует понятию высокоскоростного судна);

б) выбор среднеоборотного двигателя, вес которого был бы равен весу высокооборотного, обеспечивающего скорость 40 узлов.

Для обоих вариантов дополнительно была рассмотрена возможность перехода от схемы с 4 двигателями к схеме с 2 двигателями. Данные по весам дизелей для указанных вариантов также приведены в таблице 4.12. При снижении скорости ниже 30 узлов некоторые резервы по снижению водоизмещения могут заключаться в применении 2 водометных движителей вместо 4, однако такая оценка выходит за рамки задач настоящей работы и возможна только при детальной проработке проекта судна, так как требует определения допустимых габаритов движителей, проработки необходимого редуктора, изменения размещения и т.д.

Из приведенной таблицы можно сделать следующие выводы:

1. Вес среднеоборотных двигателей и высокооборотных двигателей сравняется при снижении скорости судна с 40 до 23 узлов. При скорости полного хода 30 узлов вес среднеоборотного дизеля будет превышать вес высокооборотного двигателя на 2.8 тонны (11.6 и 7.85 т соответственно) и будет превышать вес исходного двигателя на 3.7 т. При водоизмещении стального корпуса катамарана 290 тонн добавочный вес 4 двигателей 10 т составит 3%, что на данной стадии проработки вполне приемлемо (учитывая, что двигатели 9Ь20 выбраны из мощностного ряда с небольшим запасом) и дополнительным ростом водоизмещения и размерений в анализе экономических характеристик можно пренебречь.

2. Во всех случаях переход на 2 дизеля вместо 4 сопровождается существенным увеличением веса дизелей (вес 4 среднеоборотных дизелей, обеспечивающих скорость полного хода 30 узлов составит 11.2х4=44.8т, вес 2 среднеоборотных дизелей удвоенной мощности составит 29.2х2= 58.4т, то есть рост веса составляет около 30%. Также для дизелей, обеспечивающих скорость 23 узла вес 4 дизелей составит 7.8 х 4 = 31.2 т, для схемы с 2 дизелями 17.2х2= 34.4 т то есть разница составляет 10%. Данная оценка показывает рациональность принятых на

прототипе решений по дроблению мощности на большее количество малых дизелей. В то же время, при детальном рассмотрении проекта целесообразно рассмотреть возможность применения схемы по 2 малых среднеоборотных дизелей на 1 движитель в каждом корпусе катамарана через редуктор для варианта 23 узла.

Таким образом, результаты данного рассмотрения позволяют выбрать для дальнейшего анализа экономических характеристик эксплуатации следующие суда со стальным корпусом:

1. Однокорпусное судно, пассажировместимость 200 пассажиров:

1.1 Исходный вариант: алюминиевый корпус, высокооборотные дизеля 2х MTU 16V2000 М72 мощность 2х1440 квт, скорость полного хода 30 узлов, водоизмещение 88 т.

1.2 Стальной корпус, скорость полного хода 30 узлов, высокооборотные дизеля 2хMTU12V4000M71 мощностью 1850 кВт водоизмещение 125 т.

1.3 Стальной корпус среднеоборотные дизеля 2х5L20 мощностью 2х850квт,скорость полного хода 23 узла, водоизмещение 125 т.

2. Катамаран, пассажировместимость 400 пассажиров:

2.1 Исходный вариант: алюминиевый корпус, 4дизеля 4х MTU12V4000M71 мощностью 4х1850 квт, водоизмещением 219 т, со скоростью полного хода 40 узлов.

2.2 Стальной корпус, высокооборотные дизеля 4хMTU16V396TB94 мощностью 4х2560 квт со скоростью полного хода 40 узлов, водоизмещением 290 т.

2.3 Стальной корпус, среднеоборотные дизеля 4х 9L20 мощностью 4х1620 квт со скоростью полного хода 30 узлов, водоизмещение 295 т.

2.4 Стальной корпус, среднеоборотные дизеля 4х5L20 мощностью 4х850 квт со скоростью полного хода 23 узла, водоизмещение 290 т.

Экономические характеристики данных судов будут исследованы в параграфе 4.7.

4.6. Оценка возможности применения водометных движителей катамарана при изменении материала корпуса и замене дизелей.

Оценки, проведенные в настоящей главе показали, что при замене материала корпуса с алюминия на сталь и замене высокооборотного движителя на среднеоборотный однокорпусное судно на 150 пассажиров со скоростью 30 узлов оказывается полностью экономически нецелесообразным, а конкурентоспособным судно становится только при снижении скорости до 23 узлов. Это выходит за рамки концепции высокоскоростных судов. При этом применение на них водометов становится нецелесообразным.

Для катамарана показана возможность создания судна со стальным корпусом и среднеоборотным двигателем со скоростью полного хода 30 узлов. При такой скорости водометы еще широко применяются на традиционных высокоскоростных судах. Однако, как показали выполненные оценки, суда со стальным корпусом и среднеоборотным дизелем требуют существенно более высокой мощности для достижения заданной скорости.

Выше в проработках настоящей главы вопросы, связанные с движителями судов не рассматривались, во всех оценках, проводимых в рамках концепции высокоскоростных судов, предполагалось, что сохраняется конфигурация движительного комплекса, принятого на судах-прототипах.

В настоящем параграфе дана оценка возможности применения водомета на катамаране со стальным корпусом и среднеоборотным двигателем со скоростью полного хода 30 узлов.

Вопрос об оценке характеристик водометных движителей крайне непростой. Сошлемся на мнение авторов работы [40], подготовленной достаточно недавно (в 2012 году) итальянскими специалистами, всегда являвшимися законодателями мод в области высокоскоростного судостроения:

«Хотя водометные установки в настоящее все более широко используются в качестве движителей быстроходных судов, в настоящее время еще не разработана общепризнанная теория или методика, которая могла бы помочь морским инженерам на ранних стадиях проектирования решить практические проблемы по

выбору наиболее подходящего водомета для его применения в конкретном случае. Очень часто проектанты судов не имеют других шансов, кроме как довериться производителям водометов».

Анализ литературы по водометам показал, в настоящее время вопрос о проектировании и даже приближенной оценке характеристик современных водометов опубликовано ограниченное число материалов, содержащих фактические данные (см. например [81], [41]. Все данные представляются, как правило в безразмерном виде, в объеме, необходимом для предварительных оценок характеристик водометов при их закупке. Дело в том, что водометы поставляются немногочисленными фирмами - производителями (MJP, RollsRoys, Hamilton, Wartsila), которые поставляют движители «под ключ», принимая на себя выполнение гарантийных характеристик движителей, а также часть гарантийных характеристик судна. Компании практически никогда не выдают чертежи своих водометов даже для проведения модельных испытаний судов. Конфиденциальными являются даже такие общие параметры, как частота вращения рабочих колес водометов и количество ступеней рабочих колес.

В то же время, как можно судить по публикациям, сопутствующим выводу на рынок новых серий водометов [41], за последние годы усилия фирм -производителей водометов привели к существенному улучшению характеристик водометов. В частности, это относится к улучшению кавитационных характеристик рабочих колес водометов.

В России публикации по водометам относятся к 70-м годам прошлого столетия, когда в России было время расцвета высокоскоростного судостроения. При этом можно отметить, что в книгах по водометам, изданных в России, (см. в частности, [8]), можно найти хорошо систематизированные материалы, позволяющие оценить пропульсивные характеристики водометов на ранних стадиях проектирования, когда характеристики судов известны только в самых общих чертах.

Учитывая, что настоящая работа в целом проводится на уровне предварительного исследования характеристик судов для технико-

экономического обоснования их применения, в работе не ставилась задача спроектировать водомет для стального катамарана. Задачей настоящего параграфа было сравнить характеристики водометов для стального и алюминиевого катамаранов на основании наиболее общих зависимостей по водометам, не привлекая информацию, которая производителями рассматривается как конфиденциальная, и сделать вывод о том какими характеристиками должны обладать водометы для стального катамарана. При этом в качестве критерия, определяющего в принципе возможность применения водометного движителя, была принята возможность обеспечения работы водомета без влияния кавитации (кавитация рабочего колеса водомета существенно снижает его пропульсивные качества, и в международной практике принято, что корректно спроектированный водомет не должен кавитировать. Именно для таких оценок были использованы систематические данные, характеризующие опасность возникновения кавитации, представленными в книге [8]. Представляло интерес также сопоставить выводы, сделанные на основании российских публикаций 30-40-летней давности с доступными данными, предоставляемыми зарубежными производителями современных водометов.

Сопоставительная оценка катамаранов представлена в таблице 4.13.

В строках 1-7 таблицы 4.13 в качестве исходной информации приведены значения потребной мощности для алюминиевого и стального корпусов, скорость хода, марка дизеля, а также для справки - характеристики судна.

Согласно [8], принципиальными параметрами, от которых зависит, будет ли кавитировать водомет, является

- число кавитации по скорости хода судна

Хо = 2{ро-ра)/рУо2

- где ро-атмосферное давление, рё-давление насыщенных паров (если давление принимается в мм рт.ст, плотность соленой воды в данной формуле принимается равной 104;

- коэффициент нагрузки по площади диска рабочего колеса об:

2 Т/рУо^Б

где Т - упор водомета, р - плотность воды (в системе СИ 1025 кг/м3, V0 -скорость судна, Fs - площадь диска рабочего колеса (для водомета алюминиевого катамарана - прототипа диаметр колеса равен 550 мм и площадь диска винта равна 0.237 м2).

Упор водомета может быть оценен по известному значению мощности водомета Ne исходя из формулы: Ne=TVo/^ где ц - пропульсивный КПД. Тогда T= ц Ne/Vo.

ПропульсивныйКПД водометного движителя зависит от следующих факторов:

- так называемого насосного КПД, то есть КПД лопастного механизма, работающего в трубе;

- КПД водозаборника, учитывающего гидравлические потери на входе в водомет и в изогнутом водоводе перед насосной частью; в современной практике КПД водозаборника и водовода повышается путем их оптимизации методами компьютерной гидродинамики для расчетной скорости хода судна;

- «КПД струи», учитывающие потери на участке за насосной части и выхода

струи; на это КПД существенно влияет так называемый «коэффициент поджатия»

ß = Fструи / Fколеса.

- влияния корпуса на КПД.

Уменьшение величины поджатия струи приводит к созданию подпора в месте расположения рабочего колеса и за счет этого к улучшению кавитационных характеристик, но с другой стороны уменьшение коэффициента поджатия приводит к увеличению потерь на выходе и снижению КПД водомета в целом.

Все составляющие КПД в существенной степени зависят от конструкции водомета и конфигурации судна, и определить их без специальных исследований не представляется возможным. Поэтому для оценок были использованы принятые в качестве общих во всем мире данные зависимости КПД водометов от скорости:

пропульсивный КПД водомета для скорости 40 узлов - 0.7, для скорости 30 узлов - 0.6, для 20 узлов - 0.5.

Для оценки наличия кавитации по данным рассчитанных в таблице 4.13 значений Хо и Сб воспользуемся диаграммой рис.4.11 (рис.114 книги [8]), где показаны критические числа кавитации, соответствующие началу кавитации.

Рис.4.11 Диаграмма критических чисел кавитации водометных СПК: а -двухступенчатого;б - трехступенчатого Таблица 4.13. Расчет режимов работы водомета для различных вариантов катамарана.

1 Водоизмещение т 219 295

2 Длина м 42.6 47.0

3 Скорость узл 40 30

4 Дизель 4хМТи12У4000М71 4х9L20

5 Мощность на полном ходу квт 4х1850 4х1620

6 Мощность на 20 узлах 4х1451 4х1143

7 Водомет на прототипе 550ЭВ+ВБ М1Р

8 Хо = 2(ро-рё)/ рУ02 (для пх/20 узл) 0.462/1.84 0.821/1.84

9 Те=№"п/Уо кН(для пх/20 узл) 62.8/49.3 62.9/44.3

10 а8 = 2 Т/рУ0^(для пх/20 узл) 1.240/0.980 2.22/1.56

11 рдвухступенч/ртрехступенч (по данным для полного хода). 0.32/0.4 невозможно/0.32

При анализе учитывалось, что для улучшения кавитационных характеристик разработаны конструкции водометов, лопасти которых располагаются в один, два и три ряда. Это позволяет уменьшить нагрузку на каждый ряд лопастей и таким образом, уменьшить опасность кавитации. В настоящее время, по косвенным данным, в зарубежных водометах применяются в основном двухступенчатые конструкции (то есть колесо водомета состоит из двух рядов лопастей). В таблице 4.13 строка 11 приведены значения необходимого коэффициента поджатия в как для двухступенчатых, так и для трехступенчатых водометов.

По результатам проведенной оценки выявилось следующее:

- Применение двухступенчатого водомета с диаметром колеса 550 мм для

стального судна невозможно, так как нагрузка водомета такова, что он не сможет работать без кавитации на скорости 30 узлов. Необходимо или переходить на трехступенчатый водомет, или увеличивать диаметр водомета.

- По тем же диаграммам для двухступенчатого водомета при его установке

на стальной катамаран при коэффициенте поджатия около 0.44 коэффициент нагрузки должен составить около 1.2. Такое снижение нагрузки может быть достигнуто только за счет увеличения диаметра винта. Соотношение коэффициента нагрузки 2.22/1.2 =1.85 является соотношением площадей диска винта, значит увеличение диаметра должно составить V1.85=1.36, то есть новый диаметр водомета должен составить750 мм. Такой водомет входит в ряд водометов MJP. Для 20 узлового хода водомет, выбранный на условия полного хода обеспечивает бескавитационную работу.

Полученные данные нашли подтверждение в опубликованных в открытой печати для оценок мощности водомета данных фирм Hamilton и MJP [81] (рис. 4.12 - 4.13). Экстраполируя данные обеих фирм - производителей по упору в точке 30 узлов, можно видеть, что необходимое значение упора около 63 кн находится существенно выше штрих - пунктирной кривой, полученной

производителем на основании испытаний своих водометов, где на 30 узлах достигается упор без кавитации только около 55 кн. Однако, в отличие от систематизированных данных книги хх, данные производителей не позволяют оценить необходимое увеличение диаметра водомета.

ч

• ^

- - Ss„

ч

<<

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Craft speed (knots)

- Calculated data

----Manufacturer data

Рис.4.12. Данные по достижимому упору водометов фирмы Hamilton

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Craft speed (knots)

- Calculated data

----Manufacturer data

Рис..4.13. Данные по достижимому упору водометов фирмы MJP Таким образом, проведенная оценка показала, что для катамарана со скоростью 30 узлов для обеспечения бескавитационной работы должны применяться водометы примерно на 35% большего диаметра, чем для катамаранов с алюминиевым корпусом и скоростью полного хода 40 узлов. Необходимость замены движителей должна учитываться при проектировании судов.

Одновременно, проведенные оценки показали, что систематические данные, разработанные советскими учеными в 70-х годах прошлого века позволяют провести вполне приемлемые оценки опасности кавитации водомета и оценить необходимый диаметр рабочего колеса водомета, с тем, чтобы избежать кавитации. Таким образом, несмотря на усилия фирм производителей по совершенствованию водометов, систематика, проведенная советскими исследователями, остается вполне актуальной.

4.7. Оценка экономических характеристик однокорпусного судна и катамарана для различных вариантов материала корпуса и типов дизельных двигателей.

В параграфе 4.5 было выбрано 7 вариантов судов для сравнительного экономического анализа. В их число входили:

- исходный вариант с алюминиевым корпусом и высокооборотным двигателем;

- вариант со стальным корпусом и высокооборотным двигателем,

- варианты со стальным корпусом и среднеоборотным двигателем

- для однокорпусного судна только с существенно сниженной скоростью полного хода (с 30 до 23 узлов),

- для катамарана - со снижением скорости с 40 до 30 и 23 узлов.

Анализ экономических характеристик выполнялся по той же методике и в тех же предположениях, как это делалось в главе 3 при определении оптимальных типов судов для выбранных линий. Первоначально были разработаны сценарии для всех вариантов судов (они приведены в виде таблиц А3.2- А3.10 в приложении ).

Для парциальных режимов по графикам рис. 3.9-3.10 были определены мощности для парциальных скоростей (таблица 3.9).

Приведенные данные позволили рассчитать постоянные и переменные расходы. Данные по постоянным расходам для 7 вариантов судов представлены в таблице 4.14.

Расчет переменных расходов представлен в таблице 4.15 для дистанции 305 миль и в таблице 4.16 для дистанции 150 миль. По представленным данным были рассчитаны суммарная провозная способность судов на дистанциях 305 и 150 миль (таблицы 4.17 и 4.19 ) и рассчитана себестоимость перевозки одного пассажира в день (таблицы 4.18 и 4.20 соответственно). В таблицах 4.21-4.22 и на диаграммах рисунках 4.1 4-4.16 дано сопоставление себестоимости для различных судов на дистанции 305 и 150 миль. На диаграммах рис. 4.17-4.20 сопоставлены соответствующие полученным вариантам себестоимости постоянные и переменные расходы.

Таблица 4.14. Расчет постоянных затрат для всех вариантов судов.

Статьи затрат однокорпусное судно Катамаран

Навигационный период, сут. 270 270

Пассажировместимость, Чел 200 400

Скорость, узл 30 30 23 30 40 40 23

Зарплата экипажа в сутки Z, USD 38.3 38.3 38.3 43.3 43.3 43.3 43.3

Расходы на содержание экипажа с учетом налогов и меж-навигационного периода 1.25x2xZ 95.8 95.8 95.8 108.3 108.3 108.3 108.3

Мощность 2880 3700 1700 6480 7400 10240 3400

Стоимость судна, Млн USD 4.30 5.55 2.55 10.50 11.80 15.40 6.40

Страхование,USD 238.9 308.3 141.7 583.3 655.6 855.6 355.6

Амортизацио нные отчисления,USD 1061.7 1370.4 629.6 2592.6 2913.6 3802.5 1580.2

Всего, USD (Е) 1396.5 1774.5 867.1 3284.3 3677.5 4766.4 2044.1

Постоянные расходы с учетом ремонта, тех обеспечения,и административных расходов USD (1.04х 1.10х Е) 1597.5 2030.1 992.0 3757.2 4207.0 5452.7 2338.5

1 Статьи затрат Дистанция, миль

305

2 Пассажировместимость, чел 200 400

3 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

4 Вариант судна ВО, AL ВО, СТ СО, СТ СО, СТ ВО, Al ВО, СТ СО, СТ

5 Портовые сборы за рейс, долл 400 400 400 800 800 800 800

6 Количество рейсов за сутки 1 1 1 1 1 1 1

7 Время работы на полной мощности часов в сутки (по сценариям) 7.7 7.7 13.3 7.7 5.8 5.8 13.3

8 Полная мощность квт 2880 3700 1700 6480 7400 10240 3400

9 Удельный расход топлива г/квтхчас 230 230 185 185 230 230 185

10 Расход топлива на номинальной мощности т/сут 5.10 6.55 4.18 9.23 9.87 13.66 8.37

11 Время работы на парциальной мощности часов за сутки (по сценариям) 3.8 3.8 - 3.8 3.8 3.8 -

12 Парциальная мощность квт 1468.8 1850 - 3097 1887 2672.6 -

13 Расход топлива на парциальной мощности т/сут 1.28 1.62 - 2.18 1.65 2.34 -

14 Суммарный расход топлива т/сутки 6.38 8.17 - 11.4 11.5 16.00 -

15 Стоимость топлива, USD/t 600 600 375 375 600 600 375

16 Расходы на топливо в сутки USD /сут 3830.5 4901 1568 4278 6912 9597.6 3137.1

17 Суммарные переменные расходы USD/сут 4230 5301 1968 5078 7712 10397 3937

18 № Варианта в параграфе 4.5 1.1 1.2 1.3 2.3 2.1 2.2 2.4

Примечание: ВО- высокоскоростной дизель, Ст- стальной корпус, А1 -алюминиевый корпус .

1 Статьи затрат Дистанция, миль

150

2 Пассажировместимость, чел 200 400

3 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

4 Вариант судна ВО, AL ВО, СТ СО, СТ СО, СТ ВО, Al ВО, СТ СО, СТ

5 Портовые сборы, USD 400 400 400 800 800 800 800

6 Количество рейсов за сутки 2 2 2 2 2 2 2

7 Время работы на полной мощности, час/сутки (по сценариям) 7 7 13 7 5.2 5.2 13

8 Полная мощность квт 2880 3700 1700 6480 7400 10240 3400

9 Удельный расход топлива г/квтхчас 230 230 185 185 230 230 185

10 Расход топлива на номинальной мощности т/сут 4.64 5.96 4.09 8.39 8.85 12.25 8.18

11 Время работы на парциальной мощности часов/ сутки 4.6 4.6 - 4.6 4.6 4.6 -

12 Парциальная мощность квт 1468.8 1850 - 3097.44 1887 2672.6

13 Расход топлива на парциальной мощности т/сут 1.554 1.957 - 2.636 1.996 2.828 -

14 Суммарный расход топлива т/сутки 6.19 7.91 - 11.03 10.85 15.07 -

15 Стоимость топлива, USD/t 600 600 375 375 600 600 375

16 Расходы на топливо в сутки эсксплуатации, USD /сут 3714.47 4748.58 1533.2 4135.3 6508.1 9044.8 3066.4

17 Суммарные переменные расходы USD/сут 4114.47 5148.58 1933.2 4935.3 7308.1 9844.8 3866.4

18 № варианта в параграфе 4.5 1.1 1.2 1.3 2.3 2.1 2.2 2.4

Примечание: ВО- высокоскоростной дизель, Ст- стальной корпус, А1 -алюминиевый корпус .

Таблица 4.17. Расчет провозной способность судна для дистанции 305 миль.

однокорпусное судно Катамаран

Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

Скорость в узлах 30 30 23 30 40 40 23

Количество рейсов год 270 270 270 270 270 270 270

Провозная способность при макс. Загрузке 54000 54000 54000 108000 108000 108000 108000

Провозная способность при загрузке 0.8 макс. 43200 43200 43200 86400 86400 86400 86400

однокорпусного судна и катамарана.

№ Показатель однокорпусное судно Катамаран

1 Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

2 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

3 Стоимость млн. USD 4.3 5.55 2.55 10.5 11.8 15.4 6.4

4 Провозн. способн.чел. 43200 43200 43200 86400 86400 86400 86400

5 Постоянные расх. USD/сут 1597.5 2030.1 992 3757.2 4207 5452.7 2338.5

6 Переменн. Расх USD/сут 4114.50 5148.6 1933.2 4935.3 7308.1 9844.8 3866.4

7 Суммарн расходы USD/сут. 5712 7178.7 2925.2 8692.5 11515.1 15297.5 6204.9

8 Суммарные расх в год, млн USD 1.54 1.94 0.79 2.35 3.11 4.13 1.68

9 Себестоимость, USD 35.70 44.87 18.28 27.16 35.98 47.80 19.39

Таблица 4.19 Расчет провозной способности для дистанции 150 миль.

однокорпусное судно Катамаран

Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

Скорость, узл. 30 30 23 30 40 40 23

Количество рейсов в год 540 540 540 540 540 540 540

Провозная способность, макс. загрузка, чел 108000 108000 108000 216000 216000 216000 216000

Провозная способность, загрузка 0.7 макс., чел. 75600 75600 75600 151200 151200 151200 151200

Таблица 4.20. Расчет себестоимости перевозки пассажира на дистанцию 150 миль.

№ Показатель однокорпусное судно Катамаран

1 Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

2 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

3 Стоимость млн USD 4.3 5.55 2.55 10.5 11.8 15.4 6.4

4 Провозн. Способн, чел. 75600 75600 75600 151200 151200 151200 151200

5 Постоянные расх. USD/сут 1597.5 2030.1 992 3757.2 4207 5452.7 2338.5

6 Переменн. Расх. USD/сут 4114.50 5148.6 1933.2 4935.3 7308.1 9844.8 3866.4

7 Суммарн. расх USD/сут 5712 7178.7 2925.2 8692.5 11515.1 15297.5 6204.9

8 Суммарные расх в год, млн USD 1.54 1.94 0.79 2.35 3.11 4.13 1.68

9 Себестоимость, USD 20.40 25.64 10.45 15.52 20.56 27.32 11.08

№ Показатель однокорпусное судно Катамаран

1 Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

2 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

3 Вариант судна ВО, AL ВО, СТ СО, СТ СО, СТ ВО, Al ВО, СТ СО, СТ

4 Стоимость млн долл 4.3 5.55 2.55 10.5 11.8 15.4 6.4

5 Постоянн. расх. USD/сут 1597.5 2030.1 992 3757.2 4207 5452.7 2338.5

6 Переменн. Расх. USD/сут 4230.5 5301.8 1968.6 5078.1 7712.5 10397.6 3937.1

7 Себестоимость, USD 35.70 44.87 18.28 27.16 35.98 47.80 19.39

60

р

£ 50

£ 40 Н

й 30

В 20 о

U

С 10

„

« 0 U

305 м

BO, CT, 30уз

BO, AL, 30 уз

O, CT 23узл

иль

CO, CT, 30 узл

BO, AL, 40 уз

BO, CT, 40 уз

CO, CT, 23 уз

Однокорпусное судно Катамаран

Рис. 4.14 Диаграмма себестоимости судов на дистанции 305 миль в зависимости

от типа судна

Таблица 4.22 Сравнительные данные по себестоимости на дистанции 150 миль.

№ Показатель однокорпусное судно Катама ран

1 Пассажировместимость 200 200 200 400 400 400 400

2 Скорость узл 30 30 23 30 40 40 23

3 Вариант судна ВО, AL ВО, СТ СО, СТ СО, СТ ВО, Al ВО, СТ СО, СТ

3 Стоимость млн долл 4.3 5.55 2.55 10.5 11.8 15.4 6.4

4 Постоянные расх. 1597.5 2030.1 992 3757.2 4207 5452.7 2338.5

5 Переменн. Расх 4114.50 5148.6 1933.2 4935.3 7308.1 9844.8 3866.4

6 Себестоимость, USD 20.40 25.64 10.45 15.52 20.56 27.32 11.08

1П

25

ВО, дц 30 узл

150 миль ВО, ст, 30 уз

ВО, ст,

40 уз

ВО, дц, 40 уз

>а 20

н

и

О 15 % 15

о 10

н

и

« 5 ю 5

V

и 0

сО, ст,

23 уз

■

Однокорпусное судно Катамаран

Рис.4.15 Диаграмма себестоимости перевозки 1 пассажира на дистанции 150 миль

в зависимости от типа судна

50

О

1П

Р 40

>л н и о