Анализ информации по основным характеристикам КС большой грузоподъемности

3.8.1 Водоизмещение порожнем

Анализ данных, приведенных в таблицах 3.1, 3.5 и 3.6 показывает, что водоизмещение порожнем двухкорпусных КС имеет явно выраженную зависимость от максимальной грузоподъемности кранов. Графики зависимости Dпор = f(Qm), где:

D_пор – водоизмещение порожнем, т;

Q_m – максимальная грузоподъемность крана (кранов);

для двухкорпусных судов приведены на рисунках и .

Рисунок 3.21 - Зависимость водоизмещения порожнем от грузоподъемности для полупогружных КС

Рисунок 3.22 - Зависимость водоизмещения порожнем от грузоподъемности для КС - катамаранов

3.8.2 Главные размерения

Графики зависимости кубического модуля двухкорпусных КС от максимальной грузоподъемности LxBxH = f(Q_m), где

L – наибольшая длина КС;

B – наибольшая ширина КС;

H – высота борта КС до грузовой палубы;

представлены на рисунках и .

Для полупогружных КС наибольшими являются длина и ширина верхнего корпуса.

Зависимость главных размерений от максимальной грузоподъемности кранов у полупогружных КС прослеживается, однако она более явно выражена у КС – катамаранов.

Рисунок 3.23 - Зависимость кубического модуля от максимальной грузоподъемности для полупогружных КС

Рисунок 3.24 - Зависимость кубического модуля от максимальной грузоподъемности для КС - катамаранов

Размерения нижних корпусов полупогружных КС выбираются исходя из:

- размещения стабилизирующих колонн достаточной площади для обеспечения остойчивости в рабочем состоянии и при штормовом отстое;

- обеспечения достаточного объема для цистерн жидкого балласта, используемых при крановых операциях, а также для размещения средств активного управления СДП и движительно-рулевых устройств (ДРУ);

- обеспечения достаточной плавучести и остойчивости КС при переходе.

Зависимость кубического модуля нижнего корпуса полупогружных КС от максимальной грузоподъемности L₁xB₁xH₁ = f(Q_m), где:

L₁ – длина нижнего корпуса, м;

B₁ – ширина нижнего корпуса, м;

H₁ – высота борта нижнего корпуса, м;

представлена на рисунке .

Рисунок 3.25 - Зависимость кубического модуля нижнего корпуса полупогружных КС от максимальной грузоподъемности

Размерения корпусов КС – катамаранов должны обеспечивать:

- размещение главных и вспомогательных механизмов, крана, СДП, судовых устройств, систем, оборудования, жидкого балласта;

- достаточную остойчивость при выполнении крановых операций;

- достаточную плавучесть и высоту надводного борта КС при переходе.

Зависимость кубического модуля корпусов КС - катамаранов от максимальной грузоподъемности L₁xB₁xH₁ = f(Q_m) приведена на рисунке .

Рисунок 3.26 - Зависимость кубического модуля корпусов КС - катамаранов от максимальной грузоподъемности

3.8.3 Остойчивость

Остойчивость двухкорпусных КС при выполнении крановых операций в основном обеспечивается:

- у полупогружных КС - переносным моментом инерции площади ватерлинии (ВЛ) стабилизирующих колонн;

- у КС – катамаранов – переносным моментом инерции действующей ВЛ корпусов.

В отсутствие достаточного количества достоверных данных по площадям и моментам инерции стабилизирующих колонн полупогружных КС, а также по площадям и моментам инерции ВЛ КС – катамаранов, в качестве обобщенной характеристики принят переносный момент инерции площади L₁xB₁.

Графики зависимости I_X = f(Qxl), где

I_X = L1xB1xb² – переносный момент инерции характерной площади, м⁴;

b – отстояние ДП корпуса от ДП КС, м;

Q – максимальная грузоподъемность крана со стрелой, развернутой на борт, т;

l – вылет главного подъема при максимальной грузоподъемности крана со стрелой развернутой на борт;

представлены на рисунках 3.27; 3.28.

Рисунок 3.27 - Зависимость переносного момента инерции характерной площади ВЛ нижнего корпуса полупогружных КС от грузового момента

Рисунок 3.28 - Зависимость переносного момента инерции характерной площади ВЛ корпуса КС - катамаранов от грузового момента

3.8.4 Мощность главной энергетической установки

Практически все современные крановые суда оборудуются дизель – электрической ГЭУ, которая питает электроэнергией средства ДРК, САУ используемые в составе СДП, электроприводы крановых механизмов и прочие потребители.

Зависимости мощности ГЭУ от грузоподъемности N = f(Q_m) для двухкорпусных КС приведены на рисунках 3.29; 3.30.

Зависимость N = f(Q_m) имеет явно выраженный характер и является практически линейной (для полупогружных КС) или близкой к линейной (для КС – катамаранов).

Рисунок 3.29 - Зависимость мощности ГЭУ от грузоподъемности для полупогружных КС

Рисунок 3.30 - Зависимость мощности ГЭУ от грузоподъемности для КС - катамаранов

3.8.5 Мощность ДРК и ходкость двухкорпусных КС

Относительные скорости хода двухкорпусных КС лежат в достаточно большом (с точки зрения гидродинамики) диапазоне чисел Фруда Fr = 0,10…0,20.

В качестве обобщенной характеристики ходкости для двухкорпусных судов принята зависимость энерговооруженности от скорости P_S/D_пор = f(V), где

P_S – мощность средств ДРК КС, кВт;

V – скорость хода КС, уз.

Графики зависимости знерговооруженности двухкорпусных КС от скорости хода приведены на рисунках 3.31 и 3.32.

Рисунок 3.31 - Зависимость энерговооруженности полупогружных КС от скорости хода

Рисунок 3.32 - Зависимость энерговооруженности КС - катамаранов от скорости хода

3.9 Сравнительный анализ основных характеристик КС различных архитектурно – конструктивных типов

3.9.1 Общие положения

Сравнительный анализ основных характеристик КС различных архитектурно - конструктивных типов представлен в таблице 3.7

Главные размерения и основные характеристики КС «Олег Страшнов» представлены в таблице 3.3, а также в п. 3.5.

В качестве основных моделей для сравнения приняты, разработанные в ОАО «ЦКБ «Коралл», варианты двухкорпусного КС пр. КС-5000:

- вариант 2: полупогружное КС с одним краном г/п 5000/7500 т;

- вариант 3: КС – катамаран с двумя кранами г/п по 1600/2200 т.

Главные размерения и основные характеристики указанных двухкорпусных судов представлены в таблице 3.1.

Для сравнения с двухкорпусными КС использовано однокорпусное КС «Олег Страшнов», основные характеристики которого приведены в таблице 3.3, а также в п. 3.5.

Выбор КС для сравнения, кроме их сопоставимости по грузовым характеристикам, обусловлен также наличием достоверных данных, включая водоизмещение порожнем, дедвейт, предельные ГМУ в рабочем состоянии, мореходность судна при переходе и т. д.

Кроме указанных выше КС, в таблице 3.7 представлены сравнительные параметры для полупогружного КС «Thialf» наибольшей грузоподъемностью 14000 т, рассчитанные по данным таблицы 3.5.

3.9.2 Массогабаритные характеристики КС

В качестве величины, характеризующей соотношение массы и габаритных размеров КС, принят удельный габаритный объем, представляющий собой отношение кубического модуля LxBxH к водоизмещению порожнем. Худшими массогабаритными характеристиками обладают полупогружные двухкорпусные КС главным образом ввиду их большой высоты, причем с ростом грузоподъемности этот показатель заметно ухудшается.

Однокорпусное КС со спонсонами имеет несколько лучший, но вполне соизмеримый с полупогружным вариантом КС-5000 показатель.

Катамаранный вариант КС – 5000 имеет наилучшее значение удельного габаритного объема, хотя оно сопоставимо с показателями КС других типов близкой грузоподъемности.

Таблица 3.7

Продолжение таблицы 3.7

Примечание: * – нет данных.

3.9.3 Показатели полезного использования массы и объема

В качестве показателей полезного использования массы и объема КС введены:

- коэффициент утилизации водоизмещения (массы) порожнем по дедвейту, представляющий собой отношение водоизмещения КС порожнем к величине полезного груза (дедвейта) КС при переходе;

- коэффициент утилизации габаритного объема по дедвейту, представляющий собой отношение кубического модуля LxBxH КС порожнем к величине полезного груза (дедвейта) КС при переходе.

Наилучшими показателями полезного использования массы и объема отличается КС – катамаран, который опережает КС остальных типов близкой грузоподъемности почти в 2 раза.

3.9.4 Показатели грузоподъемности

В качестве показателей грузоподъемности КС использован удельный грузовой момент, представляющий собой отношение грузового момента крана (кранов) к водоизмещению КС порожнем, рассчитанный как для полноповоротного, так и для фиксированного режима работы крана (кранов).

Грузовой момент представляет собой произведение максимальной грузоподъемности крана (кранов) в соответствующем режиме работы и максимального вылета крана (кранов).

КС – катамаран имеет вполне сопоставимые с КС других типов показатели грузоподъемности, особенно в фиксированном совместном режиме работы кранов. Следует отметить, что с ростом грузоподъемности кранов полупогружных КС их показатели грузоподъемности также возрастают, что является одной из существенных причин появления таких КС как «Thialf», «Saipem – 7000» максимальной грузоподъемностью 14000 т.

3.9.5 Показатели условий эксплуатации

Показателями условий эксплуатации являются высота волны 3% обеспеченности и скорость ветра, при совместном действии которых обеспечивается работа крана (кранов).

Наилучшими показателями условий эксплуатации обладают полупогружные суда, обычно обеспечивающие проведение крановых операций при волнении силой до 5 баллов и ветре скоростью 15 – 17 м/с.

Наихудшие показатели по условиям эксплуатации на волнении имеют КС – катамараны, для которых характерна высокая поперечная остойчивость и, как следствие этого, резкая, короткопериодная бортовая качка. Кроме того, большая площадь ватерлинии приводит к увеличению амплитуды вертикальных перемещений.
Показатели условий эксплуатации определяют протяженность «окон погоды», в течение которых возможна работа КС в том или ином районе. Количество дней, доступных для работы по ГМУ КС различных типов, рассчитанные по данным таблиц 2.1, 2.2 и 2.4 приведены в таблице 3.8 в качестве примера.

Таблица 3.8

3.9.7 Показатели энерговооруженности

В качестве показателей энерговооруженности приняты относительные мощности ГЭУ и СДП, представляющие отношения мощностей ГЭУ и СДП к водоизмещению порожнем. Значения этих показателей для КС различных архитектурно – конструктивных типов, приведенные в таблице 3.7, для вышеизложенного примера достаточно близки.

3.9.8 Показатели ходкости

В качестве показателя ходкости использован адмиралтейский коэффициент, определяемый по формуле:

C_A = V³ x D^2/3 /P_s ;

где

V – скорость хода, уз;

D – водоизмещение КС на переходе, т;

P_s – буксировочная мощность, кВт.

Анализ технической информации показывает, что наилучшим - самым высоким значением адмиралтейского коэффициента располагает однокорпусное КС, корпус которого является гидродинамически наиболее совершенным.

Наихудшие значения адмиралтейского коэффициента характерны для полупогружных КС, имеющих корпуса с обводами близкими по типу к понтонам.

Для судна –катамарана величина адмиралтейского коэффициента имеет среднее значение.

Для примера в таблице 3.7 приводятся величины адмиралтейских коэффициентов для разного типа КС.

3.9.9 Показатели мореходности

Показателями мореходности являются высота волны 3% обеспеченности и скорость ветра, при совместном действии которых КС может самостоятельно ходить и управляться. Из приведенных в таблице 3.7 КС только однокорпусное судно не имеет ограничений по мореходности.

Создание КС – катамарана с неограниченной мореходностью также не представляет существенных технических трудностей, что обосновывается в работах [9], [10].