авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Прикладные аспекты совершенствования конструктивных элементов морских геофизических научно-исследовательских судов

На правах рукописи

Мохов Григорий Витальевич ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОРСКИХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ СУДОВ Специальность 05.22.19 - эксплуатация водного транспорта, судовождение Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ковальчук В. В.

Мурманск 2011

Работа выполнена в ФБГОУ ВПО «Мурманский государственный технический университет»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Ковальчук Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Никитин Владимир Семенович кандидат технических наук, доцент Ходяков Игорь Васильевич

Ведущая организация: ООО "НИИМоргеофизика – Интерсервис"

Защита диссертации состоится "17 " ноября 2011 г. в 13 час. 00 мин. в зале заседаний диссертационного Совета К307.009.02 при Мурманском госу дарственном техническом университете по адресу 198010, Мурманск, ул.

Спортивная,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ.

Автореферат размещен на сайте МГТУ www. mstu.edu.ru …октября 2011г.

Автореферат разослан " " октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент Власов А. Б.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений развития отечественной экономики в третьем тысячелетии является дальнейшее ос воение пространств и ресурсов Мирового океана. Перспектива истощения запасов углеводородного сырья на континентальной части России ставит задачи переориентации разведки и добычи ресурсов на континентальный шельф, где разведку запасов нефти и газа ведут научно-исследовательские суда (НИС). Однако за последние десятилетия некогда многочисленный научно-исследовательский флот России существенно устарел, сократился численно и не соответствует современным техническим требованиям.

Проектирование и строительство НИС в России было остановлено с нача лом перестройки и не возобновлено до настоящего времени, когда постав лены серьезные задачи по дальнейшему изучению и освоению Арктиче ского шельфа России.

Исходя из этого, высокую актуальность приобретает научно-техни ческая проблема, решение которой направлено на рассмотрение и реализа цию прикладных аспектов совершенствования конструктивных элементов геофизических и других, равнозначных им по техническим характеристи кам судов. Это позволит осуществлять научно-исследовательские работы по мониторингу шельфовой зоны Мирового океана на современном уровне с привлечением новых технологий, при этом модернизация – комплексная замена устаревшего оборудования с одновременным проведением работ по необходимому усовершенствованию и ремонту судовых конструкций является первостепенной. Она необходима для продления срока службы судов и поддержания их технического состояния на современном уровне.

Такая модернизация судов еще на один – два регистровых периода (5 – 10 лет) позволит продлить проведение необходимых научно-исследовательских гео физических работ по поиску углеводородов на континентальном шельфе.

Эта задача остается актуальной в течение всего жизненного цикла судна (ЖЦС), особенно с учетом отсутствия строительства в настоящее время новых судов. Актуальность решения этой проблемы подтверждает то, что общий срок службы геофизических судов к настоящему времени составляет 20 и более лет, а геофизическое оборудование, которое представляет основ ное "вооружение" судна, усовершенствуется практически каждые 5…7 лет и требует обновления.

Решение в настоящей диссертационной работе этой проблемы позво ляет обеспечить геофизические суда техническими устройствами и обору дованием в соответствие с требованиями Международных геофизических организаций, Международных конвенций МАРПОЛ 73/79 и СОЛАС и под держивать техническое состояние этих судов на должном уровне.

Целью исследования является разработка прикладных аспектов со вершенствования конструктивных элементов судов для геофизических ис следований путем их модернизации.

Областью исследования являются эксплуатационно - технические характеристики и конструктивные особенности геофизических научно исследовательских морских судов.

Объектом исследования являются геофизические и другие, подоб ные им по техническим характеристикам суда. При этом судно рассматри вается как сложная техническая система (СТС).

Предметом исследования являются прикладные аспекты совершенст вования конструктивных элементов морских геофизических судов путем их модернизации.

Содержание поставленных задач, решенных для достижения цели диссертационной работы:

исследовать основные предпосылки модернизации геофизических судов и сформулировать основные требования, предъявляемые к совре менным геофизическим судам;

обосновать возможность переоборудования рыбопромысловых су дов в геофизические на основе анализа основных характеристик и их ма тематических моделей;

разработать методику модернизации геофизических судов и анали тически обосновать технические решения, принятые при их модернизации;

проанализировать результаты реализации методики модернизации геофизических судов.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:





1. Разработанные основные требования, предъявляемые к современ ным геофизическим судам.

2. Обоснование возможности переоборудования рыбопромысловых судов в геофизические на основе анализа основных характеристик и их ма тематических моделей.

3. Методика модернизации геофизических судов.

4. Описательная модель результатов аналитического обоснования тех нических решений, принятых при модернизации геофизических судов.

5. Описательная модель результатов реализации методики модерниза ции геофизических судов.

Методы исследования. При решении поставленных научных задач в работе использовались методы системного анализа, математической ста тистики, подбора функций, морфологической матрицы расчета основных характеристик судов и их конструкций на основе установленных законо мерностей. Применение указанных в работе методов проводилось с ис пользованием программного продукта Curve Expert 1.4, а также разрабо танного специализированного программного обеспечения.

Научная новизна. Научную новизну работы определяют следующие положения:

1. Обобщены, разработаны и сформулированы основные современные требования к геофизическому судну.

2. Доказано подобие основных характеристик геофизических и рыбо промысловых судов, которое обеспечивает возможность модернизации ры бопромысловых судов для использования их в качестве геофизических с наи меньшими затратами.

3. Разработаны математические модели для геофизических и рыбопро мысловых судов по их эмпирическим данным, определяющие зависимости:

длины судна от водоизмещения (далее – ЗДВ);

ширины судна от водоизмещения (далее – ЗШВ);

осадки судна от водоизмещения (далее – ЗОВ);

мощности судна от водоизмещения (далее – ЗМВ).

4. Произведены расчеты конструкций, используемых при модерниза ции геофизических судов, подтверждающие ее безопасность и целесооб разность.

5. Разработана методика модернизации геофизических судов;

6. Разработаны описательные модели результатов модернизации гео физических судов пр. В-93, 650, 3870.

Достоверность результатов проведённого исследования обеспечива ется использованием системного подхода, корректным применением указан ных в работе методов, а также качественным и количественным подтвер ждением результатов обоснования и методики модернизации геофизических судов практическими результатами их реализации.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее резуль таты использованы и могут использоваться при модернизации геофизиче ских или переоборудовании в них рыбопромысловых судов, обеспечены разработанными методикой и структурно – логической схемой модерниза ции, основные положения которой обоснованы расчетами.

Тема связана с НИР и ОКР, которые проводились в 1990…2009 гг.

в НИИМоргеофизики, в СГРФ, в ЧП "Харитонов", в КБ АМИГЭ.

Реализация результатов работы. Результаты работы непосредствен но использованы при модернизации геофизических судов проектов В-93, 650, 3870.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах "Нефть и газ–2000" (Москва), "Наука и об разование 2005…2010" (Мурманск), "Баренцево море 2007" (Хаммерфест, Норвегия).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 печат ных работ, в том числе 4 работы опубликованы в журналах, рекомендо ванных ВАК.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, че тырех глав, заключения, библиографического списка из 113 наименований и 7 приложений, включены акты внедрения в промышленность. Основная часть работы изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка, 18 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении рассмотрены перспективы и задачи разведки и добычи ресурсов на континентальном шельфе и роль геофизических судов в их ре шении. Определена научно – техническая проблема, обоснована актуаль ность ее решения, определены область, цель, предмет и объект исследова ния. Поставлены задачи и дано краткое изложение результатов работы.

В первой главе исследованы перспективы освоения месторождений углеводородного сырья (УВС) на арктических акваториях, они определя ются суммарными запасами УВС, представленными в табл. 1.

Таблица 1. Суммарные ресурсы УВС на акваториях морей севера России Нефть, Свободный Растворенный Конденсат, Всего УВС, Акватории газ, млрд. м3 газ, млрд. м млн. т млн. т млн. т * Баренцево 2030 23465 250 524 море Белое море 314 5,0 24,0 - Печорское 7494 2314 590 354 море Всего 9838 25784 864 878 * – условных тонн топлива, где 1200 м3 газа соответствуют 1 т нефти Исследована система освоения морских месторождений УВС, пред ставлена классификация морских нефтегазовых сооружений, являющихся ее элементами, представленная на рис. 2.

Рис. 2. Классификация морских нефтегазовых сооружений Проанализирована роль морской сейсморазведки в поиске и разведке морских месторождений нефти и газа, а также мониторинге обстановки в районах предполагаемого расположения подводных потенциально опас ных объектов (ППОО). Исследованы геофизические методы поиска и ха рактеристики геофизических судов, построенных в России и за рубежом.

Основными геофизическими методами являются гравиметрия, магни тометрия, электроразведка и сейсморазведка. Исследование континенталь ного шельфа России сейсмическими методами, которое активно проводи лось в Арктическом регионе в 70-х годах XX в., показало, что проведение подобных работ возможно с судов, отвечающих таким требованиям, как:

низкая гидроакустическая шумность;

достаточная энергетическая оснащенность;

большое свободное кормовое палубное пространство;

способность буксировать крупногабаритные забортные устройства;

ледовые подкрепления корпуса и т. д.

Одними из первых судов, использованных в России специально для проведения геофизических работ, были малотоннажные суда проектов 388М, 1615, 16151.

Рис. 3. НИС пр. 388М "Сейсморазведчик" Рис. 4. НИС пр. 1615 "Поиск" Рис. 5. НИС пр. 16151 "Чайво" Позднее предпочтение было отдано строительству судов увеличенного водоизмещения, на борту которых комплексно совмещались различные геофизические методы исследований. Это были суда проектов В-93 и 650, до настоящего времени составляющие основу геофизического флота России и имеющие ледовые подкрепления корпуса, позволяющие работать в арк тических морях. За время, прошедшее от начала проектирования судов до сдачи их в эксплуатацию, изменились технические требования к геофи зическому оборудованию и к самим судам. Потребовалось, например:

1) увеличить их производительность, т. е. способность обрабатывать большие площади морских акваторий;

2) увеличить площади палуб судна для размещения нового геофизиче ского оборудования;

3) увеличить производительность компрессорного оборудования для работы ИСК;

4) установить оборудование для разведения ЛПИ и сейсмокос за кор мой судна и т. д.

Так возникла научно-техническая проблема, решение которой потре бовало разработки прикладных аспектов модернизации геофизических и дру гих, подобных им по техническим характеристикам судов, позволяющая осуществлять научно-исследовательские работы по мониторингу шельфо вой зоны Мирового океана на современном уровне с привлечением новых технологий.

Строительство геофизических судов за рубежом пошло по пути соз дания мощных судов, существенно расширяющих возможности сейсмо разведки. Так, начиная с 1995 года для компании "Petroleum Geophysical Services" строится серия судов типа "Ramform" (рис. 6).

Рис. 6. НИС типа "Ramform" Значительные успехи, достигнутые с помощью НИС, стимулировали работы иностранных компаний по модернизации ранее построенных судов и привлечения их для дальнейшего проведения сейсмических исследова ний. Так судно "Western Monarch" после модернизации стало способно буксировать 12 кос и ИСК, состоящий из восьми ЛПИ (рис. 7).

Рис. 7. НИС "Western Monarch" Однако зарубежные геофизические суда имеют существенный недос таток – они не обладают необходимыми для работы в Арктике ледовыми подкреплениями корпуса. Это делает ограниченным их применение в арк тических морях даже в период открытой воды.

Геофизическое оборудование, которым оснащены современные НИС, состоит из буксируемых источника сейсмических колебаний (ИСК), сейс моприемных кос и оборудования судовой геофизической лаборатории.

В качестве буксируемого ИСК в настоящее время широко используется комплекс пневматических излучателей (ПИ), рабочим телом для которых является воздух высокого давления (ВВД). ПИ, известные также под на званием "пневмопушка" (ПП), для повышения суммарной эффективности излучения объединяются в линейный пневмоизлучатель (ЛПИ). В ЛПИ все входящие в его состав ПП связаны электропневмомагистралью (ЭПМ).

При этом судовой ИСК может состоять из нескольких ЛПИ.

НИС могут также привлекаться к определению координат нахождения в толще воды подводных потенциально опасных объектов (ППОО), т. е.

для решения задач экологического мониторинга. ППОО – это объекты с радиоактивными веществами (затонувшие корабли с атомными энерге тическими установками, содержащими отработавшее ядерное топливо;

за хороненные в морской среде твердые радиоактивные отходы (ТРО) и т. п.).

Исследование геофизических методов поиска, а также характеристик геофизических судов, построенных в России и за рубежом, позволили оп ределить основные требования к современному геофизическому судну, ко торые можно сформулировать следующим образом:

ГС должны обладать палубным пространством не менее 350 м2 для размещения современного сейсмокомплекса в полузакрытых помещениях, обеспечивающих проведение СПО в комфортных условиях;

2 ГС должно иметь ледовые подкрепления корпуса категории Arc, обеспечиваю щие льдопроходимость и прочность при плавании за ледоколом в высоких широ тах, при этом ширина ГС должна не более 29 м, несколько меньше ширины дей ствующих ледоколов (29 м – ширина ледокола "Арктика");

3 Конструкция ГС должна обеспечить комфортные социально-бытовые условия для экипажа, что важно в условиях длительного плавания;

4 Автономность судна должна быть не менее 60 суток;

5 ГС должно быть оборудовано вертолетной площадкой для приема вертолета КА 32 размером 15м на 20 м;

6 ГС должно иметь устройства для заправки топливом в море;

7 СЭУ ГС должно обеспечивать возможность постоянного хода на всех режимах эксплуатации сейсмического комплекса со скоростью не ниже 5 узлов без опасе ния потерять дорогостоящее забортное оборудование;

8 ГС должно обладать высокой ремонтопригодностью для проведения модерниза ционных работ в процессе ЖЦС;

Реализация указанных выше требований должна осуществляться при строительстве новых ГС, при их модернизации для выполнения конкрет ных геофизических работ или во время планового ремонта судна. Таким образом, в результате исследования, проведенного в первой главе, получены следующие результаты:

обоснована актуальность решения задач по разведке и добыче неф ти и газа на континентальном шельфе с использованием методов морской сейсморазведки;

обоснована необходимость использования на морских акваториях НИС с современным геофизическим оборудованием;

установлено, что в процессе ЖЦС для поддержания своих технико технических характеристик суда должны периодически проходить модер низацию с заменой оборудования, усовершенствованием судовых систем и устройств;

обобщены и сформулированы основные современные требования к геофизическому судну.

Во второй главе обоснована возможность переоборудования рыбо промысловых судов в геофизические. Для этого произведено сравнение про изводственных процессов геофизических (ГС) и рыбопромысловых (РС) судов и установлена их аналогия. Проведен сравнительный анализ основ ных характеристик ГС и РС путем сравнения значений (,, L/B, H/T и т. д.) Как видно из таблиц 3, 4 основные характеристики РС и ГС обла дают подобием.

Таблица 3. Основные характеристики РС Название Водоизме- Длина, Ширина, Осадка, Скорость, Мощность, судна щение, D, т Lм B, м Tм узл. NE, КВт 1. Моонзунд, 9160 / 1990 г. 120,4 19 6,52 15,7 2 * пр. 2. Горизонт 7970 110 17,3 6,5 15 2 * пр. 3. Алтай, 6475 107,5 14,4 6,25 13 5 * пр. 4. Пулковский 5720 103,7 16 6,61 14,5 2 * меридиан, пр. 5. И. Бочков, 4950 94 15,9 6,95 14.8 пр. В- 6. Кронштадт, 3800 83,9 14 5,7 12 пр. 394АМ 7. Лесков 3680 83,1 13,8 5,5 12.5 пр. В 8. Зверобой 2600 72,8 13 4.6 13 3 * пр. В- 9. Орленок 2460 62.2 13.8 4.8 12.5 2 * пр. Таблица 4. Основные характеристики ГС Водоиз- Мощ- Ско- Кол-во Название Длина, Ширина, Осадка, меще- ность рость, сейсмокос судна м м м ние, т ЭУ, КВт уз. и их длина СGG Alize 11 500 100 29 7,55 2 х 4 200 14,5 16 х Simphony 10 000 120,7 28,4 7,2 2 х 3690 14 х Ramform 8380 82 39,6 5,8 10 000 14 12 х Explorer Veritas 8 000 93 22 6,5 2 х 4 320 15,5 8 х 8 Viking II Geo 7 200 91 24 6,4 2 х 3300 12 х 8 Challenger Amadeus 5 600 84 18,5 6,2 2 х 2 500 8 х 9 Orion 5 200 81 18,3 5,2 2 х 2 700 8 х 6 Pacific Titan 3 200 64,5 18,5 5,2 4 х 1120 2 х 8 Пр.В-93 3 000 83 14,8 5,2 3 090 14,5 4 х 8 Пр. 650 2 200 71,6 12,8 4,5 2 х1100 12 1 х Рассмотрение производственных процессов ГС и РС, их характери стик позволяет сделать вывод о возможности переоборудования РС в ГС в случае такой необходимости. При этом очевиден одинаковый подход к требованиям остойчивости, непотопляемости, тяговым характеристикам ГС и РС, которые в равной степени являются "судами с возом", т. е. судами, буксирующими забортное оборудование (сейсмокомплекс или трал). Это доказывает и рассмотрение характеристик РС и ГС, приведенных в табл. 5.

Таблица 5. Характеристики БМРТ и НИС Характеристика Обозначение БМРТ пр. В-26 НИС пр. В- 1. Полное водоизмещение, т D 3700 2. Год и место постройки – 1970, ПНР 1985, ПНР 3. Мощность ГД, кВт NГД 1750 4. Мощность СЭС, КВт NЭЛ 3 х 300 2 х 550;

1 х 5. Скорость судна, узл V 12,5 14, 6. Длина судна между перпенди- L 78 73, кулярами, м 7. Ширина судна, м B 13,8 14, 8. Осадка, м T 5,5 5, 9.Коэффициент полноты КВЛ 0,8 0, 10. Коэффициент общей полноты 0,59 0, 11. Коэффициент полноты миде- 0,96 0, ля 12. Коэффициент вертикальной 0,735 0, полноты 13. Коэффициент Нормана / 1,3 1, 14. Метацентрическая высота, м H 0,5 0, Равнозначность характеристик ГС и РС также подтверждается коэф фициентом Нормана. Для современного ГС он составляет 1,25 а для РС упомянутый коэффициент имеет значение 1,3. Отсутствие абсолютного равенства этих коэффициентов объясняется различием в назначении судов и использовании забортного оборудования.

Исследование математического описания системы "судно – забортное оборудование" (С – ЗО) и полученные при этом результаты также свиде тельствуют о подобии характеристик РС и ГС. Рассмотрена математиче ская модель движения судна в системе С – ЗО в трех системах координат:

неподвижной декартовой OgXgYgZg ;

системе координат, связанной с жид костью O'gX'gY'gZ'g и системе координат, связанной с судном OXYZ. Поло жение судна и кинематика его движения в указанных системах координат характеризуется следующими параметрами:

Xg,, Yg – координаты ЦТ судна в неподвижной системе координат;

– скорость центра тяжести судна;

– угловая скорость вращения судна;

,, q – углы дрейфа, курса и скорости;

R – мгновенный радиус кривизны траектории ЦТ.

Тогда уравнение движения системы С-ЗО будет:

m (1 + k11)_ cos - m(1 + k11) _ sin + m(1 + k22) sin = TE – XK – XP – TX – m(1 + k22) sin – m(1 + k22) sin + m(1 + k11) sin = YK + YB –YP + YA + TY JZ (1 + k66) – m (k22 –k11) 2 sin cos = MK + MP – MB – MT – MA, где:

k11, k22, k66 – коэффициенты присоединенных масс вдоль продоль ной и поперечной осей судна и присоединенного момента инерции;

m – масса судна;

JZ – момент инерции судна относительно вертикальной оси;

X, YK, MK – продольная и поперечная сила на руле и момент, созда ваемый поперечной силой руля относительно ЦТ судна;

YA, MA – поперечная аэродинамическая сила и момент, создаваемый относительно ЦТ судна;

YB, MВ – поперечная сила от гребного винта и момент, создаваемый относительно ЦТ судна;

TE – полезная тяга винта;

TX, TY – проекция горизонтальной силы на оси X, Y;

MТ – момент от силы TY.

Результаты исследования математической модели движения судна в сис теме "С-ЗО" также свидетельствуют о подобии характеристик РС и ГС.

Не менее убедительным в этом отношении является сравнительный анализ математических моделей основных характеристик ГС и РС. Для этой цели в работе разработаны математические модели основных харак теристик ГС и РС методом подбора функций по эмпирическим данным.

В результате построены модели зависимости ЗДВ, ЗШВ, ЗОВ, ЗМВ.

ЗДВ ГС представлена математической моделью вида L = a·Db, основ ные параметры которой (и всех далее приведенных моделей) получены ме тодом наименьших квадратов. Граф – модель ЗДВ ГС приведена на рис. 8.

ЗДВ РС представлена математической моделью вида L = а·Db, ее граф модель приведена на рис. 9.

Зависимость длины РС от Зависимость длины ГС от водоизмещения водоизмещения 5.. 1 5.. 1 Длина РС, м Длина ГС, м.35. 1 9 1.

9 2.

15 7 9.

8 1.

6 8.

7 0.

5 6. 1790. 5 8. 1270.0 3130.0 4470.0 5810.0 7150.0 8490.0 9830. 3130.0 4990.0 6850.0 8710.0 10570.0 12430. Водоизмещение РС, т Водоизмещение ГС, т Рис. 8. Зависимость длины ГС Рис. 9. Зависимость длины РС от водоизмещения от водоизмещения ЗШВ ГС представлена математической моделью вида W = a·Db, ее граф –приведена на рис. 10.

ЗШВ РС представлена математической моделью вида W = а·Db, ее граф-модель приведена на рис. 11.

Зависимость ширины РС от Зависимость ширины ГС от водоизмещенияо водоизмещения 28 1 7.

42.

92 1 6.

36.

Ширина РС, м Ширина ГС, м 56 1 6.

31.

20 1 5.

26.

1 4.

20.

5.4 1 3.

1 2. 1790. 10. 1270.0 3130.0 4470.0 5810.0 7150.0 8490.0 9830. 3130.0 4990.0 6850.0 8710.0 10570.0 12430. Водоизмещение РС, т Водоизмещение ГС, т) Рис. 10. Зависимость ширины ГС Рис. 11. Зависимость ширины РС от водоизмещения от водоизмещения ЗОВ ГС представлена математической моделью вида Dr = a·Db, ее граф – модель приведена на рис. 12.

ЗОВ РС представлена математической моделью вида Dr = а·Db, ее граф-модель приведена на рис. 13.

Зависимость осадки ГС от Зависимость осадки РС от водоизмещения водоизмещения 6 7.8 7..7 7.2 Осадка ГС, м Осадка РС, м 4 6.6 6. 3.7 6.0 2 5.4 5. 1 4.8 4. 0 4.2 4. 1270.0 3130.0 4990.0 6850.0 8710.0 10570.0 12430.0 1790.0 3130.0 4470.0 5810.0 7150.0 8490.0 9830. Водоизмещение ГС, т Водоизмещение РС, м Рис. 12. Зависимость осадки ГС Рис. 13. Зависимость осадки РС от водоизмещения от водоизмещения Из представленных моделей следует, что длина, ширина и осадка ис следуемых судов пропорциональны водоизмещению, а эластичность этих характеристик по водоизмещению, т. е. как они изменятся при изменении водоизмещения на один процент, составляет величину меньше единицы.

Из этого следует, что увеличение водоизмещения в процессе модерниза ции судов ведет к изменению указанных характеристик.

aD ЗМВ ЭУ ГС представлена математической моделью вида N =, b+D ее граф – модель приведена на рис. 14. ЗМВ ЭУ РС представлена матема aD тической моделью вида N =, ее граф-модель приведена на рис. 15.

b+D Зависимость мощности ЭУ ГС от Зависимость мощности ЭУ РС от водоизмещения водоизмещения 0 3. 80.0 5 Мощность ЭУ РС, КВт) Мощность ЭУ ГС, КВт 0 0.0 7. 5 0 1. 0. 766 4 0 0.0 5.

3 0.0 9.

454 2 0 0.0 3. 1 0.0 7. 1 142 1270.0 3130.0 4990.0 6850.0 8710.0 10570.0 12430.0 1790.0 3130.0 4470.0 5810.0 7150.0 8490.0 9830. Водоизмещение ГС, т Водоизмещение РС, т Рис. 14. Зависимость мощности ЭУ Рис. 15. Зависимость мощности ГС от водоизмещения ЭУ РС от водоизмещения Таким образом на основании исследования, проведенного во второй главе:

доказано подобие основных характеристик ГС и РС, что определяет возможность проводить модернизацию РC и использовать их в качестве ГС с наименьшими затратами.

Основными аргументами в доказательство этого являются:

1. Подобие результатов сравнительного анализа ГС и РС по их харак теристикам (,, L/B, H/T и т. д.);

2. Подобие коэффициентов Нормана для ГС и РС;

3. Подобие математических моделей для ГС и РС, определяющих ЗДВ, ЗШВ, ЗОВ, ЗМВ.

В третьей главе разработана методика модернизации ГС и произве дено аналитическое обоснование ее технических решений. Модернизация судов рассматривается как инновационный процесс, подтверждающийся тем, что в процессе модернизации осуществляется разработка, освоение и реа лизация научно-технических нововведений, которые непосредственно свя заны с получением и воспроизводством уже в новом, расширенном виде, научных, научно-технических знаний и их материализация в виде усовер шенствованной СТС, каковой и является модернизированное судно. Мето дика модернизации ГС разработана на основании исследований, проведенных в работе, и изучения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации ГС.

Из методики следует, что модернизация ГС должна производиться пу тем выполнения определенных, логически связанных последовательных этапов. Эти этапы представлены на рис. 16 и включают в себя 9 основных мероприятий, обязательно выполняемых при модернизации, и сопутствую щие мероприятия, которые их сопровождают и дополняют.

Разработанная методика сопровождается аналитическими расчетами:

1) расчет прочности соединительного моста катамарана судна пр. 3870;

2) расчет ледовых подкреплений корпуса для судов с ледовым классом;

3) расчет звукоизоляции помещения компрессоров на судах пр. В-93;

4) расчет экономической эффективности при комплексном переобору довании геофизических судов.

В расчете прочности использован алгоритм, представленный в таблице 6.

Таблица 6. Алгоритм расчета прочности катамарана Максимальный изгибающий мо- Ми = Мгс – Мвс + Мис, мент Момент от горизонтальных гидро- B T М гс = 2 LTH1 1 2 статических сил 10 2 H Момент от вертикальных сил B М вс = 3 L Момент от горизонтальных инерци- М ис = + 22 aг lu онных сил 2g Сомножитель в скобках 2LT 1 + 1 В 3 (1 T ) + 22 = 2g g Горизонтальное ускорение массы a = 0, 09 2,55 1 + 0, 07 C g ( ) одного корпуса и присоединенной г L T массы воды Методика модернизации геофизических судов Сопутствующие (дополнительные) Основные этапы мероприятия 1. Проанализировать планируемые 1с. Увеличение автономности модернизи геофизические работы руемого судна не менее чем до 60 суток за счет смены экипажа в море, повышения надежности машин и механизмов, доза правки судна в море 2. Определить необходимую номенклатуру геофизического оборудования 2с. Принятие мер для достижения допустимого уровня гидродинамического шума, создаваемого судном и судовым 3. Выявить потребности в дополни оборудованием тельных площадях и объемах для размещения нового оборудования 3с. Дооборудование судна относительно малого водоизмещения вертолетным 4. Определить необходимое комплексом с целью улучшения льдопро количество сейсмокос, их протяжен ходимости при работах на арктическом ность, расстояние между ними шельфе 5. Обеспечить модернизируемый 4с. Разработка основных принципов тех сейсмокомплекс источником колеба нологии проведения комплексной модер ний требуемой мощности низации судов, позволяющих проводить работы как на отечественных, так и на зарубежных верфях 6. Определить требуемую буксиро вочную мощность судна 5с. Проверка соответствия ГС действую щим Конвенционным требованиям 7. Разработать технологию СПО мо по ПЗМ и СОЛАС, устранение дернизированного сейсмокомплекса несоответствий 8. Обосновать необходимость наличия 6с. Разработка на основании накопленно ледовых подкреплений корпуса го опыта новых технических решений по рассматриваемой проблеме 9. Проанализировать возможные негативные последствия модернизации ГС Рис. 16. Методика модернизации геофизических судов В расчете ледовых подкреплений конструкций корпуса использован алгоритм, представленный в таблице 7.

Таблица 7. Алгоритм расчета размеров конструкций ледовых усилений Конструкция Предель- Площадь стенки Толщина стенки ный момент сопротив ления 8, 7 pab Aш = k2 k3 k4 + 0,1hш k Обыкновен- sш = s pa + s Wш = kшWш 0 ReH ный шпангоут ReH ReH sc = 2, 63c1 + s 8, 7kcн pab Ac = Qn + 0,1hc s c Бортовые Wc = kcWc 0 5,34 + ReH стрингеры c н 8, 7 pabk p (1 + m G ) + Ap = ks ReH Рамный sp = pa + s W p = k pWp шпангоут ReH +0,1hp s Расчет звукоизоляции проведен для определения возможности сниже ния уровня звука между смежными помещениями компрессоров ВВД и ла бораторией. Результаты расчета показывают, что на подволоке помещения компрессоров должна быть установлена двухслойная конструкция из зву копоглощающего слоя толщиной 7 мм и алюминиевой зашивки толщиной 3 мм с промежутком между ними в 90 мм, заполненным минеральной ва той. Обеспечивается снижение шума от работающих компрессоров на 42 дб в смежном помещении и создаются благоприятные условия для работы для персонала.

Расчет экономического эффекта выполнен с помощью разработанного программного продукта и получены:

графики динамики изменения ежедневного заработка судами средств, часть которых (примерно 10 %) идет на модернизацию (рис. 17);

таблица, отражающая ход работы судов по периодам (рис. 18), сум мы заработанных денег и отчислений на модернизацию, сроки введения модернизированных судов в работу.

В результате установлено, что все суда можно модернизировать за 4,25 года при условии соблюдения поставки комплектующих и регулярной постановки судов на модернизацию.

В четвертой главе проанализированы, обобщены результаты модер низации геофизических судах проектов В-93, 650, 3870 и разработаны их описательные модели.

Рис. 17. График динамики изменения Рис. 18. Ход работы судов по перио ежедневного заработка судами дам Модернизация геофизических судов проектов В-93, 650, 3870 прово дилась на отечественных и зарубежных верфях и началась с переоборудо вания судов проекта В-93. Результаты этой модернизации представлены в таблице 8.

Таблица 8. Описательная модель модернизации НИС пр. В- Мероприятия Выполнение промежуточных действий Результат Проектирова- Оборудова- Установка на- Установка гид- Повышение безо ние и установ- ние ангара на правляющих равлических пасности работы ка СПУ ВП для ЛПИ лебедок на ВП Работы по мо- Расчет ЛПИ Изготовление Изготовление Расширение пло дернизации по объему и и апробация ЭПМ под рас- щади излучения ИСК геометрии ПП на берегу четный ЛПИ сигнала Модернизация Выполнение Увеличение Установка обо- Обеспечение бук СПУ выстрелов и габаритов по- рудования для сировки двух сейсмо- мещения для нового СПУ сейсмокос и ИСК лебедок сейсмолебедок из четырех ЛПИ Работы по сис- Определение Оборудование Проектирова- Повышение эф теме ВВД требуемого помещения ние и изготов- фективности рабо количества для установки ление системы ты ИСК из шести компрессоров компрессоров ВВД, прочих ЛПИ систем.

Размещение Расчет проч- Оборудование Обеспечение Оперативная дос вертолетного ности поса- ППВ на крыше необходимыми тавка геофизиче комплекса дочной пло- помещения системами ских материалов.

щадки сейсмолебедок Замена уста- Замена сепа- Изготовление Выполнение Обеспечение кон ревшего обо- рационной фундаментов и новых и час- венционных тре рудования, установки, прочих кор- тичное исполь- бований монтаж новых лебедки для пусных конст- зование суще- Увеличение авто спасательных бесконтакт- рукций ствующих номности судна по средствами ной бунке- трубопроводов топливу ровки Модернизация несколько изменила архитектурный облик судов пр. В 93 в кормовой части, о чем свидетельствуют рис. 20…24.

Рис. 20 НИС пр. В-93 при постройке Рис. 21 НИС пр. В-93 "Академик Шатский" после модернизации в Германии Рис. 22 НИС пр. В-93 "Академик Лазарев" после модернизации на СРЗ "Нерпа" Рис. 23 НИС пр. В-93 "Академик Немчинов" после модернизации в Англии Рис. 24 НИС пр. В-93 "Академик Наметкин" ("Геоарктик") после модернизации в Норвегии.

Модернизация НИС пр. На судах проекта 650 была увеличена площадь главной палубы за счет установки спонсонов (рис. 25), палуба была расширена на протяжении от шпангоута до кормового среза. Это позволило разместить 4 ЛПИ на отдель ных гидравлических лебедках;

буксирные лебедки и бортовые выстрелы для отвода ЛПИ (рис. 26);

дополнительные секции сейсмокосы. Был демонти рован ВДГ для обеспечения хода судна при буксировке ЛПИ на второй па лубе, на освободившейся площади установлены дизель – компрессор LMF и инсинератор. Для увеличения автономности по топливу были дополни тельно задействованы три балластные и одна высокая цистерна суммарной вместимостью 125 м3, при этом топливная система была модернизирована в топливно – балластную и был заменен сепаратор нефтесодержащих вод.

Описательная модель такой модернизации представлена в табл. 9.

Рис. 25. НИС "Профессор Полшков". Видны спосоны в кормовой части Рис. 26. НИС "Проф. Полшков" на профиле с раскрытыми выстрелами 1,2.

Таблица 9 Описательная модель результатов модернизации НИС пр. Мероприятия Выполнение промежуточных действий Результат Размещение Перепланиров- Установка гид- Установка от- Оборудование нового СПУ ка помещений равлических водителей и судна модернизи ГП, расшире- лебедок ЛПИ и буксировочных рованным ИСК ние на ширину элементов лебедок на ВП судна, обору- СПУ дование ангара Размещение Демонтаж Установка но- Проектирова- Обеспечение рабо компрессора СВДГ из по- вого оборудо- ние и монтаж тоспособности но LMF и гидро- мещения на вания систем ВВД и вого ИСК станции второй палубе гидравлики Окончание табл. Мероприятия Выполнение промежуточных действий Результат Дооборудо- Использование Выполнение Изменение Увеличение авто вание топ- балластных топливно- системы сбора номности судна по ливной сис- цистерн для балластной и очистки н/с топливу темы приема топли- системы вод ва Переоснаще- Демонтаж ус- Изготовление Выполнение Выполнение кон ние системы тановок, отра- фундаментов, трубопроводов венционных тре ПЗМ ботавших свой расчет нагруз- систем н/с и бований срок службы. ки масс сточных вод Модернизация НИС "Искатель" пр. Значительная модернизация НИС "Искатель-5" с установкой нового ИСК, соответствующего ему СПУ и дополнительных компрессоров ВВД была осуществлена для выполнения геофизических работ в Обской губе.

Модернизация проводилась на СДП (бывшей МСВ) под авторским надзо ром, в том числе автора диссертации. В процессе работ на судне был раз мещен новый сейсмокомплекс из четырех ЛПИ с отечественными ПП "Пульс – 2", гидравлические лебедки TREUL UMBILICAL, бортовые вы стрелы, СПУ. Дополнительно размещены компрессоры LMF, установлены цистерны топлива и пресной воды, размещен опреснитель, каюта радиста преобразована для представителя заказчика.

Описательная модель модернизации представлена в табл. 10.

Таблица 10 Описательная модель результатов модернизации НИС пр. Мероприятия Выполнение промежуточных действий Результат Размещение Установка на Установка гид- Установка Эффективность нового СПУ ВП направ- равлических встрелов- и безопасность ляющих лебедок для отводителей работы ЛПИ Установка но- Подбор и апро- Изготовление Размещение Увеличение вого ИСК бация ПП ЭПМ ЛПИ на на- площади излу прнаправляю- чения щих Работы по по- Проектирова- Установка ком- Оборудование Повышение мещению и ние и изготов- прессоров, из- систем пено- и эффективности системам ВВД ление помеще- готовление водотушения работы ИСК ния и систем трубопроводов Дооборудова- Выполнение Изготовление Изготовление Увеличение ав ние судна до- расчетов по до- дополнитель- трубопроводов тономности полнительными полнительным ных цистерн для наполне- судна по воде и цистернами цистернам пресной воды и ния-расхода топливу топлива цистерн Переделка ра- Демонтаж су- Перепланиров- Проектирова- Проживание диорубки ществующих ка, расстановка ние санитарных представителя конструкций оборудования систем заказчика Модернизация геофизических судов привела к некоторому изменению их характеристик. По мере установки на судна нового оборудования, уве личилось их водоизмещение и осадка. Указанные изменения характеристик приведены в таблице 11. Это сузило возможности использования модерни зированных геофизических судов при работе в мелководных и предельно мелководных районах, что нельзя признать положительным. Однако на общих мореходных качествах геофизических судов эти изменения не отразились.

Таблица 11 Изменение характеристик судов после модернизации Судно НИС про- Акаде- Академик Академик НИС про- Иска мик Шатский Немчинов ект 3870 тель- ектВ- Лазарев Водоизмещение 3631 т 3820 т 4247,5 т 933 т 3500 т 766 т * Осадка 5,0 м 5,2 м 5,4 м 2, 05 м 5,0 м 1,5м Следует отметить как вновь разработанную конструкцию мобильного источника сейсмических колебаний (рис. 27). Она представляет собой пон тон оригинальной конструкции с пневмопушками для создания сейсмосиг нала на мелководной акватории. Понтон снабжен комплектом документа ции, выполнен на СРЗ – 2 и впоследствии законсервирован.

Рис. 27. Мобильный источник сейсмических колебаний ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании исследований, проведенных в диссертации, получены следующие результаты:

1) исследованы основные предпосылки совершенствования конструк тивных элементов (модернизации) геофизических судов, сформулированы основные требования к современным геофизическим судам. Установлено, что суда в процессе эксплуатации должны модернизироваться с приданием им ряда новых характеристик по автономности, льдопроходимости и т. д., и с проведением ремонта судовых конструкций;

2) обоснована возможность переоборудования рыбопромысловых су дов в геофизические на основе подробного анализа их эмпирических ха рактеристик и математических моделей, которые в результате выполнен ных исследований оказались идентичными и показали возможность такого переоборудования с наименьшими затратами;

3) разработана методика модернизации геофизических судов и анали тически обоснованы технические решения, предложенные для ее проведе ния. Модернизация должна проводиться путем последовательных этапов по предложенной структурно – логической схеме, которая предусматрива ет технологию проведения модернизационных работ на судах;

4) проанализированы результаты реализации предложенной методики модернизации геофизических судов, при этом выявлено, что:

– модернизация геофизических судов по предложенной методике ак тивно проводится на различных судоремонтных предприятиях мира для судов проектов В-93, 650, 3870, что позволяет сохранить геофизический флот мурманских судовладельцев численно и на требуемом современном уровне, использовать его по прямому назначению в различных акваториях мирового океана;

– после тщательно проведенного исследования суда пр. В-93 "Акаде мик Шатский" и "Академик Немчинов" водоизмещением менее 4000 тонн впервые в России дооборудованы вертолетным комплексом с необходи мыми системами и устройствами;

новый геофизический комплекс, уста новленный на НИС "Академик Немчинов" после выполненных расчетов, позволил существенно повысить производительность судна за счет увели чения количества сейсмокос и мощного ИСК, и перейти на выполнение работ по 3Д технологии. В основу этих и других выполненных работ были положены разработки отечественных конструкторов, в том числе и поло жения настоящей диссертации;

– результатами предложенной методики можно считать также воз можность использования для проведения геофизических работ судов дру гого назначения и МНГС;

разработку и реализацию конструкции МИСК – мобильного источника сейсмических колебаний для проведения специаль ных геофизических работ в транзитных зонах;

5) исследован опыт модернизации геофизических судов по экологиче ской безопасности и обеспечению судов спасательными средствами.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Основные положения диссертации опубликованы в изданиях, ре комендуемых "Перечнем…" ВАК РФ 1. Мохов, Г. В. Дооборудование судов средствами ПЗМ / Г. В. Мохов // Рыб. хоз-во – 1987. – №4. – С. 19–20.

2. Мохов, Г. В. Безопасность морских геофизических работ – на новый уровень / Г. В. Мохов // Геофиз. Вестник – 2001. – № 3. – С. 12–13;

3. Мохов Г. В. О некоторых требованиях к новому геофизическому судну / Г. В. Мохов // Вестн. МГТУ. Труды Мурман. Гос. техн. ун-та. – Мурманск, 2006. – Т. 9, № 2. – С. 337–339;

4. Мохов, Г. В. Мобильный источник сейсмических колебаний для мел ководья / Г. В. Мохов, В. В. Ковальчук // Вестн. МГТУ. Труды Мурман.

Гос. техн. ун-та.-Мурманск, 2010. – Т. 13, № 4/2. – С. 971–973.

5. Мохов Г. В. Разработка и исследование математических моделей основных характеристик геофизических и рыбопромысловыхсудов /Г. В.

Мохов, В. В. Ковальчук // Бюллетень транспортной информации, № 6, 2011.

Прочие публикации 6. Мохов, Г. В. Широкополосный пневмоизлучатель многоцелевого при менения "Пульс-2" / Г. В. Мохов, А. М. Скрицкий, А. Б. Воеводина // Раз ведка и охрана недр. – 1998. – № 4–5. – С. 49–51.

7. Мохов, Г. В. Широкополосный пневмоизлучатель "Пульс" / Г. В. Мо хов // Геоакустика – 2001 : тезисы докл. науч. практ. конф., Москва, 16– апреля 2001 г. / МГУ. – М., 2001. – С. 15–16.

8. Мохов, Г. В. Подготовка "Руководства по безопасности для мор ских геофизических работ" / Г. В. Мохов // Тезисы докл. науч. метод. Со вета по геолого-геофизическим технологиям, Мурманск, 23–25 мая 2001 г.

/ НМС ГГТ. – Мурманск, 2001. – С. 42-44.

9. Мохов, Г. В. Подготовка операторов пневматических источников для морских геофизических судов / Г. В. Мохов, Н. Н. Болобонцев // Тезисы докл. науч. метод. Совета по геолого-геофизическим технологиям, Мур манск, 23–25 мая 2001 г. / НМС ГГТ, МПР РФ. – Мурманск, 2001. – С. 44–45.

10. Мохов, Г. В. Пневмоизлучатели для сейсморазведки и сейсмоаку стики / Г. В. Мохов, А. М. Скрицкий // Разведка и охрана недр. – 2002. – № 1. – С. 8.

11. Мохов, Г. В. Безопасность жизнедеятельности при проведении ра бот на морских нефтегазовых сооружениях : учеб. пособие / Г. В. Мохов. – Мурманск : МГТУ, 2004. – 48 с.

12. Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов / Г. В. Мохов // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. науч. техн. конф., Мурманск, 6–14 апреля 2005 г. : в 7 ч. / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мур манск, 2005. – Ч. 7. – С. 236–238.

13. Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов / Г. В. Мохов // МГТУ "Наука и образование 2005": материалы междунар. науч. техн.

конф. (Мурманск, 6–14 апреля 2005 г.): в 7 ч. / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 236–238;

14. Мохов, Г. В. Модернизация сейсморазведочных судов для работы в Арктике / Мохов Г. В. // Науч. техн. конф. памяти проф. П. А. Папковича, ФГУП ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, СПб, 26–27 ноября 2009 г. – С. 94– 95.

15. Мохов, Г. В. Расширение мониторинга континентального шельфа судами сейсмической разведки после их модернизации / Г. В. Мохов, В. Г.

Макаров // Научно-технический сборник, № 32. Российский Морской Ре гистр судоходства, СПб. : 2009. – С 205 – 219.

16. Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов для работы на арктическом шельфе / Г. В. Мохов, В. Г. Макаров // ФГОУ ГМА им. адм.

С. О. Макарова, НТК, Тезисы докл., СПб. : 2010. – С 535–539.

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93, соответствует коду 95 Издательство МГТУ. 183010 Мурманск, Спортивная, 13.

Сдано в набор 00.00.2000. Подписано в печать 00.00.2004. Формат 60841/16.

Бум. типографская. Усл. печ. л. 0,00. Уч.-изд. л. 0,00. Заказ 000. Тираж 100 экз.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.