Показатели металлоемкости секционных составов и грузовых теплоходов

 

Тип судна	Масса на 1т грузоподъемности
судно порожнем D о / Р гр	металлического корпуса Р мк / Р гр
Секционный состав с толкачом пр. 758	0,186	0,14
Секционный состав с толкачом пр. 749 Б	0,176–0,193	0,136–0,142
Составные грузовые теплоходы	0,27–0,33	0,19–0,22

 

Методика выбора главных размерений толкаемых составов и входящих в них судов отличается от одиночных судов необходимостью учета ряда дополнительных факторов и особенностей эксплуатации, от которых зависит нормальная работа составов в речных условиях. К числу этих факторов необходимо отнести назначение состава (маршрутный или сборный), габариты судового пути и гидросооружений, параметры волнения на водохранилищах, возможности портов, позволяющие обеспечить оперативную погрузку-выгрузку состава и др.

Рассмотрим подробнее принципиальные положения обоснования главных размерений составов.

Для маршрутных составов характерны большая протяженность рейсов, максимально возможная из условий плавания грузоподъемность и мощность толкачей, обеспечивающая высокую скорость движения до 16,0–17,0 км/ч. Этим требованиям в полной мере отвечают секционные составы, имеющие высокие значения отношений L/В и хорошо отработанные формы оконечностей. При этом достигаются максимальная грузоподъемность на единицу длины и высокая скорость при относительно малой энерговооруженности.

Сборные составы обычно формируются из барж. Для них характерны скорости движения порядка 12,8–15,7 км/ч. По энерговооруженности они мало отличаются от маршрутных составов. В связи с тем, что в пути число судов, входящих в состав, может меняться, его скорость тоже меняется. Эти особенности должны учитываться при технико-экономическом обосновании толкаемого состава, путем введения поправочных коэффициентов на полноту состава по числу судов и степени их загрузки на основных участках пути.

Главные размерения толкаемых составов включая надводный габарит, должны выбираться с таким расчетом, чтобы состав мог безопасно вписываться в ограничительные размеры судового хода. При этом полезные габариты судопропускных сооружений должны максимально использоваться составом или, если это экономически выгодно, частями состава, расчленяемого для прохода шлюзов.

Максимальные размеры состава из условия прохождения радиусов закругления судового хода могут рассчитываться по методике, изложенной в «Инструкции по нормированию габаритов судов и составов».

Основные величины, характеризующие принятые для составов различных типов главные размерения приведены на рис. 12.4.

 

L сг

 

 

Рис. 12.4. Типы и основные размеры составов:

а – секционный из невзаимозаменяемых секций; б – секционный из унифицированных взаимозаменяемых секций; в – комбинированный составной теплоход с баржей-приставкой; г – секционный составной теплоход с головной унифицированной секцией. Индексы: г – габаритная; р – расчетная (длины); т – толкач; с – состав; тх – теплоход; ст – стык; н – нос; к – корма

 

Габаритная длина состава (L _сг) может быть представлена как сумма расчетных длин судов, входящих в состав, межсудовых промежутков (стыков) и выступающих над поверхностью воды носовой и кормовой оконечностей состава:

 

м,

(12.7)

 

где l _р – расчетная длина судна, входящего в состав, м; n – число одинаковых грузовых судов в составе; l _ст – длина стыка между судами, входящими в состав, м; l _н, l _к – длина соответственно носовой и кормовой оконечности, м; l _тр – расчетная длина толкача, м.

Для получения наибольшей грузоподъемности и обеспечения наименьшего сопротивления воды движению состава необходимо обеспечить минимальные величины стыков между судами.

Для баржевых секционных составов их габаритная длина складывается из габаритных длин судов, входящих в состав

.

Габаритная ширина состава (В _сг ) определяется как сумма расчетной ширины корпуса и привальных брусьев. При многониточных составах при определении габаритной ширины учитываются еще и бортовые сцепы:

 

(12.8)

 

где В – расчетная ширина (максимального по ширине) судна, входящего в состав, м; b _n – ширина привального бруса, м; n – число ниток состава; b _сц – размер бортового сцепа, выступающего за габарит привального бруса, м.

Осадка состава (Т _с ), как правило, задается заказчиком судна или выбирается с учетом изменения гарантированных глубин водного бассейна, в котором предполагается эксплуатация проектируемого состава.

При выборе типа состава и сравнении его с другими типами грузовых судов существенное значение имеют коэффициенты утилизации длины и водоизмещения секционных и баржевых составов.

Коэффициент утилизации длины состава представляет собой отношение

 

(12.9)

 

где l – протяженность грузовых трюмов каждого из судов, входящих в состав, м; – габаритная длина состава (без толкача), м.

Значения k_L у секционных составов изменяются в пределах от 0,750 до 0,910, а у баржевых – от 0,823 до 0,897. При сопоставлении составов с грузовыми теплоходами L _ст следует принимать с учетом длины толкача.

Коэффициент утилизации водоизмещения составов и составных теплоходов представляет собой отношение

 

(12.10)

 

где Р _с, Р ₁, Р ₂ ,… – соответственно грузоподъемность состава и его грузовых единиц, т; D _c, D ₁, D ₂ ,… – соответственно водоизмещение состава и его грузовых единиц, т; индекс «b» – относится к ведущей единице составного теплохода.

Значения у секционных составов изменяются в пределах от 0,815 до 0,886, а у баржевых – от 0,856 до 0,887. С учетом толкачей в составе пределы значений несколько уменьшаются. У секционных составов – от 0,763 до 0,849, а у баржевых составов – от 0.791 до 0,852. При сопоставлении толкаемых составов и составных теплоходов водоизмещение составов принимается с учетом водоизмещения толкача.

Установив на основании приведенных выше условий и ограничений габаритные размеры маршрутного или секционного составов с толкачом, можно определить в первом приближении грузоподъемность состава:

 

(12.11)

 

где d – коэффициент полноты водоизмещения состава без толкача. Для секционных составов значения d изменяются в пределах от 0,903 до 0,948, а у баржевых составов – от 0,849 до 0,863.

Аналогичным образом, но как обратную, можно решать задачу по определению главных размерений состава, например его длины, если задана его грузоподъемность.

В зависимости от грузоподъемности толкаемого состава можно произвести оценку его удельной энерговооруженности N /Р _с (кВт/т). У зарубежных толкаемых составов удельная энерговооруженность изменяется в пределах от 0,14 до 0,16 кВт. В отечественной практике при использовании толкачей мощностью 588 кВт энерговооруженность колеблется в пределах 0,078–0,093 кВт/т. Двухсекционные составы грузоподъемностью 6300 т с толкачом мощностью 880 кВт имеют удельную энерговооруженность порядка 0,14 кВт/т, а составы грузоподъемностью 7500 т с толкачом мощностью 990 кВт – 0,13 кВт/т.

Величину обратную удельной энерговооруженности называют удельной грузоподъемностью или удельной нагрузкой состава. При проектировании необходимо стремиться к тому, чтобы удельная нагрузка была как можно больше. Ее величина зависит от типа состава, линии эксплуатации и многих других факторов. Она колеблется в пределах от 4,6 до 10 т/кВт.

По грузоподъемности толкаемого состава и удельной грузоподъемности можно в 1-ом приближении определить мощность толкача:

 

(12.12)

 

где q – удельная грузоподъемность состава, т/кВт.

Длину толкача, если она не задана, можно ориентировочно определить по формуле:

 

(12.13)

 

где А – коэффициент, зависящий от типа главных двигателей. Для легких высокооборотных двигателей с редукторами 9¸15; для тяжелых среднеоборотных и низкооборотных двигателей с наддувом 18–24, а без наддува 25–28.

Уточнить требуемую мощность толкача для состава можно с помощью формулы адмиралтейского коэффициента:

 

(12.14)

 

где D _c – водоизмещение состава, т; v_c – заданная скорость состава, м/с; С_a – адмиралтейский коэффициент.

Значения адмиралтейского коэффициента у составов разных типов и видов формирования различны. Они зависят от многих факторов: числа судов в составе, формы оконечностей грузовых единиц, коэффициента полноты водоизмещения и др.

После обоснования общих характеристик переходят к определению числа, размеров и грузоподъемности судов, из которых целесообразно формировать состав.