.
Категории сайта

Общие вопросы проектирования газовозов

Проектирование газовозов – сложная оптимизационная задача, требующая ее поэтапного решения с переходами от простой логико-математической модели ко все более сложным моделям. На каждом этапе проектирования уточняются главные размерения судна, форма его корпуса, тип и мощность энергетической установки, скорость и т. д. При этом целью проектирования является определение параметров газовозов, которые позволяли бы при минимальных затратах совокупного общественного продукта обеспечивать их эффективную эксплуатацию.

Технико-экономическое обоснование при проектировании газовозов

Средством достижения цели является технико-экономический анализ (ТЭА), который включает отбор и согласование с заказчиком критерия оптимальности проекта, разработку логико-математической Основы теории судна – Методические указаниямодели судна, нахождение оптимального решения и проверку его устойчивости, анализ результатов. Поиск решений в ТЭА ведется на базе прототипа путем технико-экономических расчетов на каждом этапе проектирования. При достаточной точности расчетов в ходе ТЭА не удается учесть затраты, связанные с несовершенством конструкций, которые считаются фиксированными элементами.

Вопросы экономики транспортных судов всегда находятся в центре внимания при их проектировании. Как справедливо заметил экономист Г. Бенфорд, деньги – это наиболее универсальный инструмент для оценки инженерного качества. Суда строятся не для того, чтобы продемонстрировать усовершенствованную форму корпуса, например, а для того, чтобы приносить прибыль”.

Одним из путей развития ТЭА является предлагаемый в данной главе дифференциальный метод оценки экономической эффективности транспортных судов, разработанный применительно к газовозам. В теории проектирования судов для отыскания неизвестных элементов судна и оценки их влияния на их эксплуатационные и навигационные качества широкое применение находят дифференциальные уравнения нагрузки судна (Нормана и Бубнова), плавучести, остойчивости, вместимости. При оценке же экономической эффективности траспортных судов дифференциальные уравнения используются недостаточно. Связано это с тем, что до введения „Типовой методики определения экономической эффективности капитальных вложений” принятые критерии экономической эффективности не являлись стабильными величинами и зависели от фрахтовой ставки. Размеры же последней зачастую значительно колеблются вследствие изменений конъюнктуры на мировом рынке. Нестабильность критерия экономической эффективности неизбежно сказывается на количественных оценках влияния той или иной составляющей на экономичность судна и может повлиять даже на качественные выводы, а это может вызвать серьезные просчеты в проектах судов. Принимаемые при проектировании судна технические решения должны быть оптимальными, даже при значительных изменениях фрахтовых ставок.

При исследовании влияния различных полезных функций газовозов на их экономическую эффективность представляется целесообразным опираться на стабильный экономический критерий, не связанный с состоянием фрахтового рынка, – приведенные затраты.

Развитие морского транспорта для перевозки СПГДифференциальный метод оценки экономической эффективности газовозов позволяет на любой стадии их проектирования оценивать влияние той или иной полезной функции судна на приведенные затраты, определять в целом наиболее экономичный вариант проекта, отвечающий этим функциям.

При обосновании эффективности строительства и эксплуатации таких узкоспециализированных судов, как газовозы, требуется учитывать то, что для стабильной транспортировки газа необходим целый комплекс средств, включающий в себя завод сжижения газа, хранилище газа на берегу, газопровод, портовые сооружения и др. Сопутствующие затраты, зависящие от грузовместимости газовоза (хранилища газа, газопровод, портовые сооружения) и независящие от нее при заданном грузопотоке (завод сжижения), должны рассматриваться по статьям затрат с учетом существующих в настоящее время нормативов в газовой промышленности.

Таким образом, на основании вышеуказанного в дифференциальном методе оценки экономической эффективности газовозов в качестве основного критерия принимают приведенные затраты в рублях на 1 т годовой провозной способности судна с учетом потерь, связанных с замораживанием оборотных средств, заключенных в грузах на время их транспортировки:

з=с+Eнк+Eнг,          Форм. 1

где:

  • с – себестоимость перевозки 1 т груза, руб/т;
  • к – удельные капиталовложения на 1 т перевезенного груза, руб/т;
  • Eн = 0,15 – отраслевой нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений в морской транспорт.

(Коэффициент Eн в произведении Eнг учитывает эффективность оборотных средств, заключенных в грузах.)

Для оценки экономической эффективности судов в заграничном плавании (при перевозке экспортно-импортных грузов) широко применяется другой критерий – приведенные затраты на 1 руб. чистой инвалютной выручки с учетом потерь, связанных с замораживанием оборотных средств в грузах. Однако в сравнительных расчетах технико-экономического анализа, которые должны проводиться проектировщиками при выборе того или иного варианта проектируемого газовоза, оба эти показателя дают практически идентичные результаты. Это позволяет в дифференциальном методе оценки экономической эффективности газовозов, особенно на начальных этапах проектирования, ограничиться рассмотрением только критерия в соответствии с формулой (1).

Экономическую эффективность можно рассчитывать либо для какой-то определенной, наиболее вероятной, в будущем Грузовые операции на СПГ газовозахлинии эксплуатации газовоза, либо для варьируемых линий. Дело в том, что испарение газа на переходах и в балласте влияет на провозную способность газовоза, его эксплуатационные расходы (утилизация газа в энергетической установке газовоза или повторное его сжижение) и строительную стоимость (дополнительные затраты на некоторые изменения в конструкциях главного двигателя либо на установку повторного сжижения).

Рассмотрим общие зависимости для всех Слагаемых, входящих в (1). Себестоимость перевозки 1 т груза

с=Rс/Пс,          Форм. 2

где:

  • Rc, Пc — соответственно годовые эксплуатационные расходы и провозная способность газовоза на данной линии для перевозки определенного газа.

Удельные капиталовложения на 1 т перевезенного груза

к=Kс/Пс,          Форм. 3

где:

  • Kc – строительная стоимость серийно освоенного или несерийного газовоза, руб.

Потери, связанные с замораживанием оборотных средств, заключенные в грузах на время их транспортировки,

г=Цtх+0,5(tст.п+tст.в)/365,          Форм. 4

где:

Годовые эксплуатационные расходы на содержание газовоза могут быть разделены на две большие группы: постоянные Rп и переменные Rпер,

Rс=Rп+Rпер,          Форм. 5

которые определяются следующим образом:

Rп=Rам+Rр+Rсн+Rэк+Rн+Rнакл,          Форм. 6

где:

  • Rам = (Кcnам) 100 – ежегодные амортизационные отчисления, руб. в год;
  • nам – норма амортизационных отчислений, % (nам = 8,2 % для газовозов, в том числе 5,3 % – на полное восстановление и 2,9 % – на капитальный ремонт);
  • Rр, Rсн, Rэк, Rн, Rнакл – соответственно затраты на текущий ремонт, снабжение, содержание экипажа, навигационные и накладные расходы, руб.;

Rпер=Rт+Rсм,          Форм. 7

где:

  • Rт, Rсм – расходы на топливо и смазку, руб., определяемые формулами

Rт=α1СтρтRNnp/νэкс;          Форм. 8

Rсм=α2Ссмα1ρтRNnp/νэкс,          Форм. 9

где:

  • a1 = 1,05Режимы работы судовых дизелейкоэффициент расхода топлива на общесудовые нужды на ходу и стоянке газовоза;
  • а2 – коэффициент расхода смазки 2 = 0,04 и а2 = 0,07 соответственно для дизельных и паротурбинных установок);
  • Ст, Ссм – соответственно стоимости 1 т топлива и смазки, руб.;
  • pт – удельный расход топлива, т/кВтч;
  • R – протяженность линии, равная удвоенному расстоянию между портами, мили;
  • N – мощность энергетической установки, кВт;
  • np – число рейсов газовозов за один год;
  • vэкс – vs – Δvs – эксплуатационная скорость газовоза, уз;
  • vs – скорость газовоза на тихой воде, уз;
  • Δvs – потери скорости на волнении, уз.

В формулах (8) и (9) необходимо учитывать, что в случае утилизации испаряющегося из танков газа в энергетической установке газовоза для поддержания устойчивого факела на всех скоростях судна необходимо добавить к утилизированному газу еще 15 % жидкого топлива от общего потребления его главным двигателем. Причем, паро- и газотурбинные энергетические установки могут полностью утилизировать испаряющийся газ, а установки с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – только около 60 % на ходу с грузом и около 85 % в балластном переходе.

Строительная стоимость газовоза зависит от его грузовместимости, типа и мощности энергетической установки, оборудования корпуса (общесудовые и специальные устройства и системы), архитектурно-конструктивного типа, Корпусные конструкции транспортных судов ледового плаваниякатегории ледовых условий, наличия установки повторного сжижения.

Строительная стоимость серийно освоенного газовоза Kс на основании методики определяется суммой пяти укрупненных составляющих: стоимостями металлического корпуса Kм.к, оборудования корпуса Kо.к, главного двигателя Kг.д, оборудования машинно-котельного отделения (МКО) Kэу, работ по постройке Kр:

Кс=Км.к+Ко.к+Кг.д+Кэ.у+Кр.          Форм. 10

Стоимость постройки металлического корпуса газовоза должна включать затраты на постройку классической части корпуса судна и на изготовление танков, которые зависят от их конструкции и габаритов танков, марки материалов, массы корпуса судна и танков, типа и толщины изоляции последних. Стоимость постройки оборудования корпуса должна включать затраты на изготовление грузовых систем, общесудовых устройств и систем, специальных систем, оборудования помещений и т. п. В стоимость судовой энергетической установки газовоза должны включаться либо затраты на изготовление установки повторного сжижения (УПС), если она устанавливается на газовозе, либо затраты на некоторые изменения в конструкции главного двигателя в связи с утилизацией испаряющегося газа в нем. Стоимость главного двигателя Кг.д зависит от его типа и мощности, стоимость УПС – от ее типа и производительности и включается в статью Кэу. Кроме того, в эту статью включаются затраты на изготовление механического оборудования и трубопроводов МКО. В статье „Работы по постройке судна” учитываются затраты на монтаж и испытания судна, танков, систем, докования судна и т. д.

Годовая провозная способность газовоза на данной линии для перевозки определенного газа может быть найдена, как

Пс=Ргnр,          Форм. 11

где:

Рг=Рг112tр(α3+α4).

Здесь:

  • Pг – чистая грузоподъемность газовоза на данной линии, т;
  • а3, а4 – коэффициенты, учитывающие ежесуточные испарения газа в грузу и балласте соответственно 3 = 0,0025; а4 = 0,0017);
  • tр = R/(24vэкс) + tст = tм – длительность кругового рейса, сут;
  • tст – стояночное время за круговой рейс в портах погрузки и выгрузки, сут;
  • tст = W/П + W1/П; W – грузовместимость проектируемого газовоза, м3;
  • W1 – объем сжиженного газа, предназначенного для выгрузки в порту назначения (учитывается газ, испарившийся во время перехода в грузу, и газ, оставленный в танках для балластного перехода), м3;
  • П – производительность грузовой системы газовоза, м3 (П ≈ 150 тыс. ÷ 250 тыс. м3/сут);
  • tм – время маневров, учитывающее потери ходового времени на выход из портов, проход узкостей, заходы в порты и т. д., сут;
  • np = Tэк/tp – число рейсов газовозов за год;
  • Тэк – продолжительность эксплуатационного периода газовоза, сут (Тэк = 330 сут).

Формула (1) для приведенных затрат после подстановки в нее выражений (2)-(4), (11) принимает вид

з=Rс/Пс+Ен(Кс/Пс)+Ен(Ц/365)·tх+0,5(tст.п+tст.в).          Форм. 12

Учитывая данные работы, запишем слагаемые формулы (10) в виде произведений характеристик укрупненных групп на измерители стоимостей νi. Измерители – это функции характеристик, аппроксимирующих статистические данные в определенном интервале. В качестве характеристик укрупненных групп приняты:

Тогда, строительная стоимость газовоза, млн. руб,

Кс=γ1Рм.к+γ2Рм.к2+γ3Рм.к3+γ4Ро.к+γ7N+γ8Ро.эу+γ10Dпор+γ5+γ6+γ9+γ11.          Форм. 13

где:

  • коэффициенты

     γ1=0,779;
  • γ2=0,006;
  • γ3=0,0005;
  • γ4=7,452;
  • γ5=5,426;
  • γ6=2,735;
  • γ7=0,416;
  • γ8=2,35;
  • γ9=0,05;
  • γ10=0,017;
  • γ11=0,976.

Формула (13) справедлива в следующих диапазонах характеристик укрупненных групп:

  • Pм.к = 6,0 ÷ 19,5 тыс. т;
  • Ро = 2,5 ÷ 13,3 тыс. т;
  • N = 22,0 ÷ 58,8 тыс. кВт для паротурбинных энергетических установок;
  • Dпор = 0,3 ÷ 34,2 тыс. т.

Технико-экономическая оценка эффективности технологических процессов в судоремонтеГодовые эксплуатационные расходы, руб., газовозов с учетом формул (5)-(9) и данных

Rс=α1Кс+α8+α9N+α10N2+α2DWTэк+α3DW+α4DWTэк+α5(Rам+Rр+Rсн+Rэк+Rн)+pтRNnp(α6Ст+α7Ссм)103/νэкс,          Форм. 14

где:

  • a1 = nам · 10-2 – коэффициент амортизации;
  • a2 – rн/DW;
  • a3 = nэк/DW;
  • a4 = rн/DW – соответственно коэффициенты расходов на снабжение одного судна в сутки, экипажа, навигационных расходов и расходов на агентирование одного судна в сутки, зависящие от дедвейта;
  • a5 = nн · 10-2 – коэффициент накладных расходов;
  • a6, a7 – коэффициенты, равные соответственно a1 и a1 a2;
  • a8 – a10 – коэффициенты, равные a8 = -164,3 · 103;
  • a9 = 30 736;
  • a10 = -777;
  • DW – дедвейт судна, т;
  • rэк – норматив расходов на содержание одного члена экипажа в сутки в зависимости от типа энергетической установки, руб;
  • N – мощность ЭУ, тыс. кВт;
  • nн – накладные расходы по газовозу, определяемые данными пароходства или судна-прототипа, %;
  • rсн – расходы на снабжение одного газовоза в сутки, руб.;
  • nэк – численность экипажа в зависимости от дедвейта газовоза;
  • rн – норматив навигационных расходов и расходов на агентирование одного судна в сутки, руб.

В дальнейшем будем рассматривать приведенные затраты как некоторую, определяемую формулой (12), функцию шести независимых переменных:

  • vэкс, ηDW, Cадм, tст, Cт, Tэк (здесь обозначено Cадм – адмиралтейский коэффициент;
  • ηDW – коэффициент утилизации водоизмещения по дедвейту, полагая все остальные величины заданными, т. е. имеющими постоянное значение для всех рассматриваемых вариантов данного газовоза.

Выбор именно этих шести параметров в качестве независимых переменных объясняется следующими соображениями. Прежде всего, необходимость исследования влияния изменений vэкс на величину з обусловлена тем, что выбор оптимальной скорости – первоочередная задача проектировщика. Кроме того, исследование влияния изменения остальных переменных величин на з позволит количественно оценить с точки зрения экономической целесообразности значимость усилий, которые направлены на выполнение следующих мероприятий:

  • Общие вопросы конструкции судов-газовозовоблегчение конструкции судна за счет более рациональной компоновки общего расположения, применения новых материалов, внедрения расчетных методов определения размеров конструкций и т. п. DW);
  • совершенствование формы обводов и повышение эффективности движителей (Cадм);
  • сокращение стояночного времени за счет строительства новых причалов, совершенствования конструкции судна, модернизации судовых и береговых грузовых систем (tст);
  • перевод главных судовых двигателей на более дешевые тяжелые топлива (Cт);
  • расширение и укрепление ремонтной базы флота газовозов, применение ледоколов в замерзающих портах, изменение конструкции ледовых подкреплений (Tэк).

В формулах, приведенных выше, выразим мощность энергетической установки с помощью адмиралтейской формулы через принятые нами независимые переменные, а в формуле (11) заменим tм = а11:

N=DW2/3νэкс3/η   DW2/3Садм=α12νэкс3ηDW     2/3Садм1,          Форм. 15

где:

α12=DW2/3=const.

Массы металлического корпуса и его оборудования примем в долях от водоизмещения газовоза, т. е.

Рм.к=рм.к(DW/ηDW)=α13ηDW1;          Форм. 16

Ро.к=ро.к(DW/ηDW)=α14ηDW1,          Форм. 17

где:

  • a13 = pм. кDW = const;
  • а14 = pо. кDW = const;
  • pм.к, pо.к – измерители масс металлического корпуса и оборудования корпуса соответственно.

Входящая в выражение (11) величина чистой грузоподъемности

Рг=DWРэкРснРт.в.м,          Форм. 18

где:

Принимая DW – Pэк – Pсн = a15 = const и считая массу запасов топлива, воды и масла прямо пропорциональной pт, N, R и обратно пропорциональной vэкс, получим с учетом выражения (15)

Рг=α15α16ртνэкс2ηDW    2/3Садм1R,          Форм. 19

где:

  • a16 = a12 · a5 = const

    ;

  • a5 – коэффициент расхода топлива, воды и масла на общесудовые нужды на ходу и стоянке газовоза.

Третье слагаемое в формуле (12) представим как

Ен(Ц/365)tх+0,5(tст.п+tст.в)=α17(R/24)νэкс1+0,5(tст.п+tст.в).          Форм. 20

Учитывая, что в формулу (12) входит выражение Rс + EнKс, запишем его в виде

Rс+ЕнКс=β1(γ1Рм.к+γ2Рм.к2+γ3Рм.к3+γ4Ро.к+γ7N+γ8Ро.эу+γ10Dпор+β6)+β2Тэк+β3+Nβ4+103ртRnр(α6Ст+α7Ссм)/νэкс+β5N2,          Форм. 21

где:

  • β1=Ен+α1(1+α5);
  • β2=(1+α5)(α18+α20);
  • β3=(1+α5)(α8+α19;)
  • β4=α9(1+α5);
  • β5=α10(1+α5);
  • β6=γ5+γ6+γ9+γ11;
  • α18=α2DW;
  • α19=365тэкα3DW;
  • α20=α4DW, Ро.эу 

    – масса механического оборудования, трубопроводов МКО, т.

Массу механического оборудования, трубопроводов МКО примем в долях от водоизмещения газовоза, а Водоизмещение порожнем с константойводоизмещение порожнего судна выразим через дедвейт. Тогда

Ро.эу=ро.эу(DW2/3/ηDW     2/3)=α21ηDW    2/3;          Форм. 22

Dпор=DDW=(DW/ηDW)DW=α22(η   DW11),          Форм. 23

где:

  • D – полное водоизмещение газовоза;
  • a21 = a12 pо.эу, pо.эу – измеритель массы механического оборудования, трубопроводов МКО;
  • а22 = DW.

Подставляя значения N, Pм.к, Pо.к, Pо.эу, Pг, Dпор из выражений (15)-(17) и (19), (21) и (22) в ранее приведенные формулы, а затем подставляя все необходимые величины в выражение (12), а также учитывая (20), получаем следующую формулу для комплексного экономического критерия з, рассматриваемого как функция шести перечисленных выше переменных:

з=Rс+ЕнКс(α15α16ртνэкс2ηDW   2/3С   адм1R)1(α3+α4)(tст+α11+Rν   экс1/24)Тэк×R/24ν   экс1+tст+α11+α17R/24ν   экс1+0,5(tст.п+tст.в).          Форм. 24

В выражении (24)

Rс+ЕнКс=β1β7η   DW1+β8η   DW2+β9η   DW3+β10νэксзηDW2/3С   адм1+β11ηDW2/3+β12+Тэкβ2+β3+α12νэксзηDW2/3С   адм1β4+10зртRnр(α6Ст+α7Ссм)/νэкс+β13(νэксзηDW   2/3С  адм1)2;

β7=γ1α13+γ4α14+γ10α22;

β8=γ2α132;

β9=γ3α 133;

β10=γ7α12;

β11=γ8α21;

β12=β6γ10α22;

β13=β5α 122;

nр=ТэкR/24νэкс+tст+α11.

Дифференциальное уравнение экономической эффективности газовоза можно записать в виде

dз=дздνэксdνэкс+дздηDWdηDW+дздСадмdСадм+дздtcndtст+дздСтdСт+дздТэкdТэк.          Форм. 25

Значения частных производных в уравнении (25) будут следующими:

дздνэкс=(Rс+ЕнКс)tр(1/24)Rν  экс2(Rс+ЕнКс)РгТэк(зЕнг)×РгРг(α3+α4)48Rν   экс22Рт.в.мν   экс1Рг1124α17Rν  экс2,          Форм. 26

где:

Rс+ЕнКс=3Nνэкс1γ7β1+β4+103ртRν  экс1nр(α6Ст+α7Ссм)+2β5N103Bν  экс2ртRnр(α6Ст+α7Ссм)(tст+α11)/tр;

дздηDW=Пс1{β1β7ηDW2+2β8ηDW3+β9ηDW4+23ηDW1γ7×N+23ηDW   5/3β11+23ηDW1Nβ4+103ртRνэкс1nрα6Ст+α7Ссм+43ηDW1β5N2}23(зЕнг)ηDW1Рт.в.мРг1;          Форм. 27

дздСадм=Пс1NСадм1β1γ7+β4+103ртRν  экс1nрα6Ст+α7Ссм+2β5NзЕнгРт.в.мС  адм1Рг1;          Форм. 28

дздtст=103Пс1tр1NртRνэкс1nрα6Ст+α7Ссм+зЕнгtр1α3+α4α3+α4tр2+0,5α17;          Форм. 29

дздСт=103Пс1NртRν   экс1nрα6;          Форм. 30

дздТэк=Пс1β2+103NртRν  экс1tр1α6Ст+α7СсмзЕнгТэк1.          Форм. 31

Дифференциальное уравнение (25) может быть использовано для выяснения влияния тех элементов судов, которые приняты в качестве независимых переменных, на их экономические показатели. Это уравнение может оказаться полезным при установлении оптимальных главных размерений газовозов, их скорости, грузоподъемности, оптимальной продолжительности эксплуатационного периода и стоймости топлива. С помощью данной Технико-организационная характеристика судоремонтного предприятияметодики технико-экономического обоснования при проектировании газовозов можно оценить целесообразность повторного сжижения испаряющегося газа, обосновать выбор архитектурно-конструктивного типа газовоза. При этом можно установить зоны рационального применения того или иного типа газовозов с точки зрения минимальных приведенных затрат.

Особенности проектирования газовозов с вкладными грузовыми танками типа А

Специфика перевозимого груза и принятый способ его транспортировки на газовозах влияют на метод определения их главных размерений. При проектировании газовозов с вкладными танками типа А возможно использование, например, традиционных методов, применяемых при проектировании танкеров. Однако неучет характерных особенностей грузовых зон газовозов, большого объема балластных цистерн, эквивалентного полезной грузоподъемности судна, может привести к значительной ошибке в процессе проектирования.

В данном параграфе описывается разработанная В. В. Зайцевым методика определения основных элементов и характеритик газовозов с вкладными грузовыми призматическими танками типа А на ранних стадиях проектирования. При этом рассматривается внутренняя задача проектирования, когда заданными считаются грузовместимость, скорость и дальность плавания газовоза. Методика справедлива для широкого диапазона грузовместимостей.

Вкладными грузовыми танками типа А называются грузовые емкости, стенки которых не являются конструкциями корпуса судна и не участвуют в обеспечении его общей и местной прочности. Кроме того, прочность этих танков должна быть такой, чтобы они выдерживали избыточное давление газа, равное 70 кПа.

Увеличение грузовместимости считается общепризнанным способом уменьшения стоимости транспортировки единицы груза, однако его применение ограничено. Так, на выбор грузовместимости газовоза оказывают влияние возможности заводов-строителей и ограничение глубин на подходах к портам, так как грузовые операции должны осуществляться у причала. В последнее время появились выносные причалы для швартовки газовозов, что расширило возможности увеличения их осадки. Это позволяет в оптимизационной задаче проектирования газовозов осадку считать варьируемой величиной. Препятствиями на пути роста грузовместимости газовозов являются еще и такие факторы, как снижение надежности системы линейных перевозок сжиженного природного газа, связанное с отрицательными последствиями выхода из строя по какой-либо причине хотя бы одного из судов флота газовозов, увеличение стоимости береговых сооружений, предназначенных для хранения и транспортировки сжиженного газа, партионности груза Из-за ограниченных, производительности береговых заводов и емкостей хранилищ газа.

Скорость и дальность плавания газовоза при решении внутренней задачи проектирования можно задать, воспользовавшись результатами расчетов технико-экономического обоснования.

Задав Грузоподъемность и грузовместимостьгрузовместимость танков, перевозимый сжиженный газ распределяют на основании данных прототипа в грузовых танков (в оптимизационных задачах их число является варьируемой величиной). Зная объем и размеры одного танка, а также учитывая их число, размеры и число балластных цистерн и коффердамов, по формулам предложенной методики можно аналитически рассчитать главные размерения суднагазовоза.

Расчетную грузовместимость грузовых танков, м3, рекомендуется определять с помощью формулы

W=k1k2k3W3,          Форм. 32

где:

  • W3 – заданная грузовместимость танков при температуре транспортировки сжиженного газа, м3;
  • k1 – коэффициент, учитывающий неполное заполнение грузовых танков, k1 = 1,02;
  • k2 – коэффициент, учитывающий усадку от охлаждения грузовых танков, k2 = 1,015;
  • k3 – коэффициент телесности набора связей внутри грузового танка, k3 = 1,12.

Длину грузового танка, м, находят, исходя из зависимостей, необходимых для определения его суммарного объема:

Lт=2W/k4+k5+k6n3,          Фом. 33

где:

  • k4, k5, k6 – коэффициенты, определяемые соотношениями;
  • k4=bn(h1+2h2+h3);
  • k5=b2h3;
  • k6=b1h1;
  • bт,b1,b2 

    – соответственно относительные величины максимальной ширины танка и ширины танкав районе нижних, и верхних его опор для судна-прототипа.

Здесь

  •  bт=Bт/Lт,b1=B1/Lт,b2=B2/Lт; Lт,Bт 

    – длина и ширина призматического танка судна-прототипа,

    м;

  • B1,B2 

    – размеры призматического танка судна-прототипа (рис. 1), м;

  • h1,h2,h3 

    – соответственно относительные высоты танка судна прототипа в районах скуловой цистерны корпуса, прямостенного участка борта и подпалубной цистерны;

  • h1=H1/Lт,h2=H2/Lт,h3=H3/Lт; H1,H2,H3 

    – высоты участков танков суднапрототипа, м.

Вкладной призматический танк
Рис. 1 Геометрические параметры вкладного призматического танка

Ширина призматического танка Bт, м, и длина танковой части L1, м, корпуса газовоза определяются в функции от длины танка:

Bт=bтLт; L1=AnLт,          Форм. 34

где:

  • A – коэффициент, учитывающий толщину изоляции танков, размеры коффердамов и конструктивные зазоры между ними и корпусными конструкциями судна по длине: А = 1,07 ÷ 1,09.

Длина, м, между перпендикулярами газовоза

L=L1+Lмо+Lп,          Форм. 35

где:

  • Lмо – длина МО, м;
  • Lп – суммарная длина пиков в кормовой оконечности газовоза, м.

Длина, м, МО Lмо может быть найдена по формуле, статистической обработкой данных газовозов с ДВС, установлены Особенности конструкции морских газовозоввкладные призматические танки

Lмо=18+0,14N2,          Форм. 36

или

Lмо=11+0,19N2,          Форм. 37

где:

  • N – мощность энергетической установки газовоза, кВт, в диапазоне 9-30 тыс. кВт.

Результаты расчетов длин машинного отделения по формулам (37) показывают, что различия между ними составляют всего 1-2 %.

В случае, если мощность энергетической установки проектируемого газовоза с ДВС лежит в пределах 3- 9 тыс. кВт, длина МО, м, должна определяться для малооборотных дизелей как

Lмо=13+0,14N2,          Форм. 38

а для среднеобороотных как

Lмо=7+0,14N2,          Форм. 39

Для газовозов с газотурбинными и паротурбинными энергетическими установками длину МО, м, находят соответственно из выражений

Lмо=11+0,66N3или Lмо=9+0,77N3,          Форм. 40

где:

  • N = 15 ÷ 70 тыс. кВт.

Определенная по одной из формул (36)-(40) в начальной стадии проектирования длина МО должна быть проверена по габаритной длине главного двигателя с учетом размеров редуктора и муфт, выбранных для проектируемого газовоза с учетом требований техники безопасности и условий использования пространств для размещения оборудования.

Энергетическая установка, системы и трубопроводы плавучей буровой установкиМощность энергетической установкик ВТ, входящая в формулы (36)-(40), вычисляется в соответствии с зависимотью (15) как

N=DW2/3νэкс3/ηDW    2/3Садм,          Форм. 41

где:

  • ηDW – коэффициент утилизации водоизмещения по дедвейту, определяемый в первом приближении по графику (рис. 2) в функции от дедвейта DW, т;
  • Cадм – адмиралтейский коэффициент, вычисляемый в первом приближении по графику (рис. 3) в функции от водоизмещения газовоза D, т;
  • vэкс – эксплуатационная скорость, м/с.
Коэффициент утилизации водоизмещения
Рис. 2 Значения коэффициентов утилизации водоизмещения по дедвейту
Адмиралтейский коэффициент
Рис. 3 Зона значений адмиралтейского коэффициента в зависимости от водоизмещения газовоза

Кроме формул (41) для отыскания мощности энергетической установки в первом приближении может быть использована зависимость N = kD, где k – коэффициент удельной мощности, снимаемый с графика (рис. 4) в функции от D, кВт/т.

Зависимость мощности энергетических установок газовозов
Рис. 4 Зависимость коэффициентов удельной мощности энергетических установок газовозов от их воздействия и типа судна

Дедвейт, т, в первом приближении определяется из выражения

DW=РгS,          Форм. 42

где:

  • S – коэффициент, значение которого снимается с графика (рис. 5) в зависимости от аргумента Р. Л. Ромена:
  • 3,785νэкс2/103Рг

– эксплуатационная скорость газовоза, м/с;

  • R – наибольшая дальность плавания газовоза, заданная заказчиком, мили;
  • PгГрузовые операции на газовозахчистая грузоподъемность газовоза, т;
  • Pг = W3p0;
  • p0 – плотность перевозимого газа, т/м3.
  • Аргумент Р. Л. Ромена
    Рис. 5 Зависимость коэффициента s перехода от чистой грузоподъемности к дедвейту газовоза в зависимости от аргумента Р. Л. Ромена и типа энергетической установки

    Во втором приближении величина дедвейта может быть откорректирована с помощью формулы (18), а затем уточнена по подробным статьям нагрузок газовоза.

    Суммарная длина пиков оконечностей газовозов

    Lп=Lн+Lк,          Форм. 43

    где:

    Длины носовой и кормовой частей газовозов находят из условий рационального размещения в корпусе грузовых танков и на основании статистической обработки теоретических чертежей судов с призматическими вкладными танками:

    Lн=Bт(2,081,8δ);Lк=0,043L,

    где:

    • δ – коэффициент общей полноты корпуса газовоза.

    Таким образом, формула (35) преобразуется к виду

    L=1,045LтAn+bт2,081,8δ+Lмо.          Форм. 44

    Так как у большинства газовозов призматические цистерны располагаются полностью в корпусе судна, кроме тронка, высота борта

    H=Hт+Hдд+Hо+Hн.п,          Форм. 45

    где:

    • Hт=hтLт 

      – высота призматического танка, м;

    • hт=Hт/Lт 

      – относительная высота танка судна-прототипа;

    • Hт=H1+H2+H3 

      – высота танка судна-прототипа, (см. рис. 1) м;

    • Hдд=1,134Hт 

      – высота двойного дна, м, но не менее В/15 или 2 м;

    • Hо=0,092Hт, м;
    • Hп.н=0,063Hт 

      – максимальная высота набора палубы газовоза.

    Следовательно, зависимость (45) можно представить как

    H=1,289Hт.

    Ширина газовоза

    B=A1Bт,          Форм. 46

    где:

    • A1 – статистический коэффициент, учитывающий толщину изоляции танков, конструктивные зазоры между танком и корпусом судна для установки опор, высоту бортового набора судна и толщину его бортовой обшивки: А = 1,06 ÷ 1,08.

    Зная дедвейт DW и коэффициент утилизации водоизмещения газовоза по дедвейту  ηDW можно определить его Водоизмещение порожнем с константойводоизмещение, т: D = DW/ηDW.

    Затем находят коэффициент общей полноты корпуса в функции от числа Фруда:

    δ=1,051,4Fr±0,06,          Форм. 47

    где:

    • Frчисло Фруда,Fr=0,514νэкс/gL;g 

      – ускорение свободного падения, м/с2.

    Поправку в формуле (47) рекомендуется брать со знаком минус в пределах δ = 0,025 ÷ 0,035 при Fr = 0,16 ÷ 0,21, от минус 0,010 до плюс 0,020 при Fr = 0,22 ÷ 0,26, от минус 0,025 до минус 0,010 при Fr = 0,21 ÷ 0,22.

    Осадка газовоза

    T=D/ρвkδLB,          Форм. 48

    где:

    • k – коэффициент выступающих частей, учитывающий размеры наружной обшивки корпуса судна, рулей, винтов, обтекателей, сварных швов, k ≤ 1,01 (к уменьшается с ростом размеров судна);
    • ρв = 1,025 т/м3 – плотность морской воды.

    Определив осадку T и высоту борта H, необходимо проверить соответствие высоты надводного борта газовоза минимальному его значению, найденному по Правилам о грузовой марке морских судов Регистра. При этом назначенный надводный борт должен быть не менее минимального надводного борта.

    Коэффициент полноты площади ватерлинии находят по формуле

    α=0,98δ±0,06,          Форм. 49

    а коэффициент полноты мидель-шпангоута – решением квадратного уравнения, полученного на основе зависимости

    β=0,4620,213+0,084δ.          Форм. 50

    Зная δ и В, можно найти коэффициент продольной остроты φ = δ/В. Затем проверяют главные размерения проектируемого судна и их отношения по статистическим данным, представленным на графиках (рис. 6-11). Высота борта H для судов-газовозов грузовместимостью W > 7 тыс. м3 проверяется по средней линии графика рис. 8, а для небольших судов (W < 7 тыс. м3) – по раздельным графикам (рис. 9), учитывающим Свойства сжиженных газов и особенности их перевозки на судах газовозахтип перевозимого груза. В первом приближении при проектировании газовозов принятые значения H, T и соотношения главных размерений L/B, L/H, B/T, T/H не должны выходить за пределы заштрихованных зон графиков рис. 8-11. В противном случае необходимо проверить предшествующие расчеты и устранить найденные ошибки. Если отклонения вызваны условиями технического задания на проектирование газовоза, то совместно с заказчиком необходимо его проанализировать.

    Зависимости длин газовозов
    Рис. 6 Зависимости длин между перпендикулярами газовозов различных типов от их расчетной грузовместимости
    Зависимости ширины газовозов
    Рис. 7 Зависимости ширины газовозов от их расчетной грузовместимости
    Зона значений высоты борта газовозов
    Рис. 8 Зона значений высоты борта газовозов в зависимости от их расчетной грузовместимости (для судов с W ≥ 7 тыс. м3)
    Значение высоты борта газовозов
    Рис. 9 Зоны значений высоты борта газовозов различных типов в зависимости от их расчетной грузовместимости (для судов с W < 7 тыс. м3)
    Значение относительной осадки судов
    Рис. 10 Зоны значений относительной осадки судов в зависимости от их водоизмещения
    Главные размерения газовозов
    Рис. 11 Лучевой график отношений главных размерений газовозов

    После проверки соотношений главных размерений по статистическим данным следует особенно тщательно проверить отношение B/T, так как оно влияет на остойчивость проектируемого газовоза. Анализ соотношений главных размерений реальных газовозов и условий их работы показывает, что начальная остойчивость таких судов сравнительно небольшая, а в процессе погрузочно-разгрузочных работ она резко изменяется. Как правило, величина надводного борта и отношения B/T – большие.

    Предлагается к прочтению: Предотвращение загрязнения с судов-газовозов

    Из сказанного выше следует, что определяющим фактором при проверке соотношения B/T в процессе проектирования газовозов должна служить остойчивость, в частности остойчивость неповрежденного судна. Поэтому отношение B/T необходимо проверять с помощью диаграммы статической остойчивости, а также уравнения остойчивости, учитывающего плавность качки газовоза в условиях волнения моря, решенного относительно величины B/T.

    B/T=(6δ/kρα2)h/B±h/B2+kρα2/3δξgH/Tα/δ0,5/2,          Форм. 51

    где:

    • h – начальная метацентрическая высота, м;
    • h/B – относительная начальная метацентрическая высота;
    • а, δ – коэффициенты полноты грузовой ватерлинии и общей полноты судна, определенные формулами (49) и (47);
    • ξg = Zg/H – относительная аппликата центра тяжести (ЦТ) газовоза в полном грузу (здесь Zg – аппликата ЦТ судна с полным грузом, м);
    • ko – коэффициент, учитывающий влияние формы носовой части грузовой ватерлинии (ГВЛ) на величину момента инерции площади ватерлинии;
    • kρ = 0,74 + 0,8а – 0,55а2 – для выпуклой и прямой ГВЛ;
    • kρ = 0,6 + 1,2а – 0,8а2 – для S-образной ГВЛ.

    Аппликата ЦТ судна в полном грузу в первом приближении может быть определена в долях от высоты борта газовоза:

    Zg=ξgH,          Форм. 52

    где:

    • ξg 

      – относительная аппликата ЦТ судна-прототипа в полном грузу;

    • ξg=Zg/H;Zg 

      – аппликата ЦТ судна-прототипа в полном грузу, м.

    Принимаемое по данным судов-прототипов значение относительной начальной метацентрической высоты h/B из условия обеспечения плавности качки должно быть

    0,03h/B<(h/B)max,          Форм. 53

    где:

    • (h/B)max – максимальное значение относительной метацентрической высоты, вычисляемое с помощью формулы Ховгарда:
    • h/Bmax=Cτ2B/τ2;Cτ=21,05α2/δ+4ξg2H/B2/3 

      – эмпирический коэффициент;

    • τ – период бортовой качки газовоза, принимаемый по данным прототипа, с.

    Для уточнения водоизмещения газовоза во втором приближении его необходимо представить в виде двух слагаемых

    D2=Dпор+DW,          Форм. 54

    где:

    • Dпор – водоизмещение порожнем, т.

    Водоизмещение порожнего судна может быть рассчитано по величине кубического модуля корпуса газовоза

    Dпор=kпорLBH,          Форм. 55

    где:

    • kпор – коэффициент, значение которого снимается с графика (рис. 12).

    Водоизмещение порожнего судна
    Рис. 12 Значения коэффициента кпор в зависимости от кубического модуля:
    а — для крупных судов, LBH = 1 · 104 — 35 · 104 м3; б – для малых судоз, LBH = 1 · 104 м3.
    1 — газовозы с мембранными танками; 2 — газовозы со сферическими танками
    Дедвейт во втором приближении

    DW=Pг+Pтоп+Pэк,          Форм. 56

    где:

    Pтоп=(1+α2)α1pтопRNnpνэкс,          Форм. 57

    • Pтоп – удельный расход топлива, т/кВт · ч, принимаемый для ДВС равным 0,225 · 10-3, для паротурбинных установок (ПТУ) – 0,285 · 10-3, для газотурбинных (ГТУ) – 0,260- 10-3;
    • Pэк – масса экипажа с запасами, т, определяемая зависимостью

    Pэк=0,1+R/νэкс+tст5·103nэк,          Форм. 58

    где:

    • vэкс – эксплуатационная скорость, уз;
    • R – протяженность линии, мили;
    • tст – суммарная продолжительность стоянок судна, ч;
    • nэк – численность экипажа, практикантов и пассажиров, выбираемая по табл. 1.
    Таблица 1. Численность экипажа, практикантов и пассажиров
    Грузовместимость W, тыс. м3ГазовозыМетановозы
    ДВСПТУДВСПТУ
    < 218
    2-525
    50-1030
    10-503835
    50-704238
    > 704548
    25-5034
    50-12638
    < 2530
    > 1264340

     
    Результаты вычислений параметров газовозов в первом и втором приближениях являются основой (исходными данными) для проверки их по коэффициенту общей полноты δ = D/ρвkL⊥⊥BT, величина которого не должна выходить за пределы заштрихованной на рис. 13 области, а также для уточнения их статей нагрузок в последующих приближениях.

    Полнота газовоза по числу Фруда
    Рис. 13 Зона значений коэффициентов общей полноты газовозов в зависимости от числа Фруда

    Для газовозов рекомендуется, чтобы значение δ находилось в верхней части заштрихованной области, рис. 13, а для метановозов – в нижней (верхняя и нижняя области разделены штрихпунктирной линией).

    Уточнение статей нагрузок газовозов проводится на основании уравнения масс

    Dз=Pк+Pт+Pоб+Pэу+Pт.в.м+Pгр+Pиз+Pэк+Pз.в,          Форм. 59

    где:

    Значения масс металлического корпуса и оборудования следует снимать с графиков рис. 14. При этом необходимо учитывать, что кривые масс корпуса построены для однопалубных газовозов с двойными бортами в районе грузовых танков.

    Определение массы корпуса газовоза
    Рис. 14 К определению масс металлического корпуса и оборудования.
    1 — масса металлического корпуса Pк; 2 — масса оборудования Pоб

    Если двойные борта на проектируемом газовозе отсутствуют, то масса металлического корпуса должна приниматься

     Pк=(0,94÷0,96)Pк

    ,

    если в состав корпуса входят подпалубные цистерны или двойная палуба, то соответственно

     Pк=(1,02÷1,04)Pк и Pк=(1,051,07)Pк 

    (здесь Pк – масса металлического корпуса, определенная по графику рис. 14). В массу оборудования входят массы грузовых систем, устройств, оборудования помещений.

     
    Массу танков определяют по графику рис. 15 в зависимости от способа перевозки газа и материала танков, а массу изоляции – по графику рис. 16.

    Определение массы танков судов
    Рис. 15 К определению массы танков судов для перевозки СНГ (I) и метановозов (II). 1 — танки из хромомарганцевой стали; 2 — танки из 9 %-ной никелевой стали; 3 — танки из алюминиево-магниевых сплавов
    Определение массы изоляции танков газовозов
    Рис. 16 К определению массы изоляции танков газовозов для СНГ

    Энергетическая установка, системы и трубопроводы плавучей буровой установкиМасса энергетической установки, включая массу главного двигателя, оборудования, систем главного двигателя и установку повторного сжижения, находят на основании формул, приведенных в:

    Pэу=pэуN,          Форм. 60

    где:

    • N – мощность главного двигателя, кВт;
    • pэу – измеритель массы энергетической установки, т/кВт, pэу = 1,18/N0,25 – для ДВС, pэу = 1,14/N – для ГТУ, pэу = 1,55/N0,33 – для ПТУ.

    Запас водоизмещения принимается равным 0,03 Dпор (здесь водоизмещение порожнего судна Dпор = Pк + Pт + Pиз + Pоб + Pэу). Массы запасов топлива, воды и масла Pт.в.м и экипажа Pэк могут быть вычислены с помощью зависимостей (57) и (58).

    Дальнейшая корректировка параметров газовозов может быть выполнена в ходе проверки отношения B/T по уравнению остойчивости (51). Полученные в предыдущем приближении уточненные статьи нагрузок являются исходными данными для определения аппликаты ЦТ судна в полном грузу, подставляемой в уравнение (51):

    Zg=(PкZк+PтZт+PизZиз+PобZоб+PэуZэу+Pт.в.мZт.в.м+PгрZгр+PэкZэк+Pз.вZз.в)Dз,          Форм. 61

    где:

    • Zк, Zоб, Zэу – аппликаты ЦТ корпуса, оборудования, энергетической установки, определяемые данными прорисовки общего расположения судна, м;
    • Zт, Zиз, Zгр – аппликаты ЦТ танков, изоляции, груза
       (Zт, из, гр=Hдд+Hод+Hт/2)

      , м;

    • Hт – высота призматического танка, м;
    • Hод – высота опор танка между его днищем и двойным дном корпуса газовоза (Hод = 0,05Hт), м;
    • Hдд – высота двойного дна, м;
    • Zт. в. м – аппликата ЦТ топлива, воды, масла
      (Zт.в.м=0,25H+0,3Hдд)

      , м;

    • Zэк – то же экипажа с запасами

      H1 СТАТЬИ КУДА ЛИНК

       (Zэк=H+Hн/2)

      , м;

    • HнАрхитектурно-конструктивные особенности судов-газовозоввысота надстройки, измеренная от настила палубы газовоза до верхней кромки настила самой высокой надстройки
       (Hн=i=1nHi)

      , м;

    • Hi – высота в ДП газовоза каждого яруса надстройки, м

       (Hi=2,5 м;n=5÷7)

      ;

    • Zз.в – аппликата ЦТ запаса водоизмещения

       (Zз.в=kз.вH)

      , м;

    • kз.в – коэффициент, определяемый либо по данным судна-прототипа, либо по статистическим данным (при небольшом запасе водоизмещения в предварительных расчетах можно принять kз.в = 1. т. е. ЦТ в этом случае будет располагаться на уровне палубы газовоза).

    Затем рассчитывают ходкость и уточняют мощность энергетической установки на основании формулы

    N=EPS/ηкп,          Форм. 62

    где:

    • EPS – буксировочная мощность, кВт, вычисляемая на основании результатов модельных испытаний, откорректированная на бульбообразные обводы носовой оконечности (с учетом выступающих частей корпуса) или вычисляемая в соответствии с рекомендациями и расчетными схемами отраслевых стандартов;
    • ηкп = ηо ηк ηв ηр – квазипро-пульсивный коэффициент;
    • ηо – коэффициент полезного действия (КПД) гребного винта в открытой воде;
    • ηк – коэффициент влияния корпуса;
    • ηв – КПД валопровода;
    • ηр – КПД редуктора, при его наличии на проектируемом газовозе).

    Номинальная проектная мощность, необходимая для выбора главного двигателя, принимается равной 1,15 N для судов с дизельными установками и равной N – для судов с турбинными установками.

    После расчета мощности главного двигателя можно несколько уточнить водоизмещение и осадку газовоза. Определение главных размерений на этом считается законченным.

    Методика проектирования газовозов, описанная выше, может быть вполне применима также для судов с вкладными грузовыми танками типа В – грузовыми емкостями, прочность которых подтверждена результатами модельных испытаний и расчетами, выполненными по уточненным методикам. При этом прочность танков должна быть такой, чтобы они выдерживали избыточное давление газа, равное 70 кПа.

    Особенности проектирования газовозов с вкладными грузовыми танками типа С

    Рассмотрим вопросы проектирования газовозов с вкладными грузовыми танками наиболее распространенного типа С – сферическими. Вкладными грузовыми танками типа С называются грузовые емкости, которые отвечают требованиям, предъявляемым к сосудам под давлением. В основе предлагаемой методики лежат принципы определения главных размерений газовозов, предложенные В. В. Зайцевым, а также выводы, к которым пришли А. Н. Вашедченко и Б. Н. Михайлов в. При этом решается внутренняя задача проектирования газовозов и учитывается влияние числа и размеров сферических танков на ширину и длину грузовой части судов. Скорость и дальность плавания газовоза задается на основе результатов расчетов технико-экономического обоснования проектирования газовозов.

    Задав Развитие морского транспорта для перевозки СПГгрузовместимость танков, перевозимый сжиженный газ распределяют в n сферах, число которых в оптимизационной задаче проектирования газовоза может варьироваться. Затем рассчитывают диаметр сферы, размеры грузовой зоны и остальных помещений, оказывающих определяющее влияние на выбор главных размерений судна.

    Расчетная вместимость, м3, грузовых танков газовозов

    W=k1,k2,W3,          Форм. 63

    где:

    • W3 – заданная грузовместимость танков при температуре транспортировки сжиженного газа, м3;
    • k1, k2 – коэффициенты, принимаемые в соответствии с (32).

    Используя зависимость между объемом сферы и ее диаметром, получаем

    dт=1,24W/n3,          Форм. 64

    где:

    • dт – диаметр танка, м.

    Длину танковой части можно найти в зависимости от диаметра танка и их числа:

    L1=Adтnт+i=1mkdi,          Форм. 65

    где:

    • A – статистический коэффициент, учитывающий толщину изоляции танков, размеры коффердамов и конструктивные зазоры между ними и корпусными конструкциями судна по его длине (A = 1,09 ÷ 1,10);
    • kdi = di/dт – коэффициент разновеликости гго сферического танка;
    • di – диаметр i-го танка, отличный от диаметра наибольшего танка dт, м;
    • i, т – порядковый номер и количество танков, размеры которых отличаются от размеров наибольшего танка;
    • nт – количество наибольших танков на газовозе.

    Длина между перпендикулярами газовоза рассчитывается по формуле (35), в которой длина машинного отделения Lмо, м, определяется статистическими зависимостями соответственно для судов с ДВС, ГТУ и ПТУ:

    Lмо=11+0,14N2;

    Lмо=11+0,66N3;

    Lмо=9+0,77N3,          Форм. 66

    где:

    • N – мощность энергетической установки, кВт, равная 15-70 тыс. кВт.

    Главная энергетическая установка буксирного суднаМощность энергетической установки, кВт, может быть найдена либо по зависимости (41), либо с помощью формулы

    N=0,024ν3Pг2/n4,          Форм. 67

    где:

    • v – скорость судна, уз;
    • Pг = W3ρ0 – чистая грузоподъемность газовоза, т.

    Суммарная длина пиков оконечностей газовозов вычисляется по соотношению (43), при этом длина носовой части Lн, м, корпуса судна между носовой переборкой коффердама танковой части и носовым перпендикуляром:

    Lн=dт(6,928,20δ) при kd=1,0;

    Lн=dт(6,3547,59δ) при kd=0,9;

    Lн=dт(5,556,75δ) при kd=0,8.          Форм. 68

    Длина кормовой части корпуса судна между ахтерпиковой переборкой и кормовым перпендикуляром

    Lк=5+0,025L.

    Таким образом, длина между перпендикулярами газовоза определяется зависимостью

    L=1,026Adтnт+i=1mkdi+5+Lн+Lмо,          Форм. 69

    а ширина

    B=kBdт,          Форм. 70

    где:

    • kВ – статистический коэффициент, учитывающий удвоенную толщину изоляции, минимальное расстояние между двойными бортами, толщину конструции танка в районе экваториального пояса и зазор между изоляцией и двойными бортами, kВ = 1,2.

    Высоту борта газовоза H, м, вычисляют исходя из того факта, что часть сферы (0,39dт) возвышается над палубой и расстояние между нижней кромкой сферы и настилом второго дна необходимо принимать 0,8 м:

    H=0,61dт+Hдд+0,8 или H=0,61dт+B/15,

    где:

    • Hдд – минимальная высота двойного дна, м, выбираемая в соответствии с правилами Норвежского Бюро Веритас из двух величин

       Hдд=600+9BTили Hдд=1,2

      , где T – осадка газовоза, м.

    Однако учитывая, что на первом этапе проектирования еще нет данных об осадке судна, высоту двойного дна можно определить как Hдд = kддdт, где kдд = 0,052 ÷ 0,055 – статистический коэффициент.

    Применение на газовозах в конструкции двойного дна сточных колодцев глубиной до 0,25 Hдд, но не более 350 мм, позволяет уменьшить его высоту в районе нижней части сферы приблизительно на 300 мм, а следовательно, понизить амппликату ЦТ танков и груза. При этом высота двойного дна не должна приниматься менее 1 200 мм.

    Водоизмещение газовоза в первом приближении можно определить с помощью методики по дедвейту DW и коэффициенту утилизации водоизмещения по дедвейту ηDW. Для этого можно воспользоваться статистическими графиками D = DW/ηDW.

    Читайте также: Исследования процессов в некоторых судовых системах автоматики

    Затем находят коэффициент общей полноты судна δ в функции от числа Фруда по формуле (47), в которой поправку рекомендуется брать со знаком минус, равную 0,04 в пределах Fr = 0,14 ÷ 0,22 и равную 0,02 при Fr = 0,22 ÷ 0,26. Осадку судна рассчитывают по (48), а оценку его главных размерений и их соотношений делают на основе статических данных, представленных на графиках рис. 6-11. В первом приближении, аналогично требованиям, предъявляемым к газовозам с призматическими грузовыми танками при их проектировании, принятые значения H, N и соотношения главных размерений L⊥⊥B, L⊥⊥/H, B/T, T/H не должны выходить за пределы заштрихованных зон графиков рис. 8-11. В пробивном случае необходимо либо проверить предшествующие расчеты и устранить обнаруженные ошибки, либо дополнительно рассмотреть задание на проектирование.

    После вычисления водоизмещения и главных размерений газовоза по формулам (49)-(50) находят коэффициенты полноты площади ватерлинии α [поправку в формуле (49) можно не учитывать] и мидель-шпангоута β. Затем вычисляют коэффициент продольной остроты φ, и с помощью зависимости (51) из соображений остойчивости корректируется отношение B/T.

    Для уточнения водоизмещения газовоза во втором приближении необходимо представить его в виде суммы

    D=Dпор+DW+Pэ.в.          Форм. 71

    Водоизмещение порожнего судна Dпор может быть выражено с помощью составляющих его величин, например через кубический модуль LBH и соответствующие измерители масс:

    Dпор=Pк+Pоб+Pт.и+Pэу,          Форм. 72

    где:

    • Pк – масса металлического корпуса, Pк = kкLBH, т;
    • kк – измеритель массы металлического корпуса (kк = 0,077 при L⊥⊥ ≥ 250 м, kк = 0,079 при L⊥⊥ < 250 м);
    • Pоб – масса оборудования, Pоб = kоб(LBtf)2/3, т (kоб – измеритель массы оборудования с учетом криогенного оборудования, kоб = 0,55);
    • Pт.и – масса грузовых танков, включая изоляцию, опорные цилиндры и защитные кожухи, Pт. и = qт.иW, т;
    • qт.и – удельный показатель массы конструкции на единицу объема груза, т/м3 (qт.и = 0,049 – для танков из алюминиевых сплавов, qт.и = 0,061 – для танков из никелевой стали);
    • Pэу – масса энергетической установки, Pэу = pэуN, т;
    • NХарактеристики двигателей в судовой промышленностимощность главного двигателя, кВт;
    • pэу – измеритель массы энергетической установки, т/кВт, вычисленный в соответствии с формулой (60).

    Дедвейт во втором приближении и входящие в него статьи нагрузки определяются с помощью зависимостей (56)-(58), запас водоизмещения принимают равным Рэ в = 0,03 Dпор. Далее точно так же уточняются параметры газовозов.

    После уточнения водоизмещения газовоза необходимо в соответствии с проверить остойчивость неповрежденного и поврежденного судна. Остойчивость неповрежденного газовоза и соответственно отношение B/T корректируют с помощью зависимости (51), в которой аппликату ЦТ судна следует определять как

    Zg=kgdт+ΔZg,          Форм. 73

    где:

    • ΔZg – поправка на разновеликость сфер, вычисляемая в виде

    ΔZg=dт(0,5236ρ0dт3+Pт.и/n)i=1mi(1kdi)/2D;

    • i – число танков с диаметром сферы di;
    • m – количество танков, размеры которых отличаются от размеров наибольшего танка;
    • n – общее число танков на судне (ΔZg = 0 в случае, если все танки одинаковой величины);
    • kg – статистический коэффициент, значения которого определяются следующим образом:
    Поправки на разновеликость сфер
    p0*, м3kg**
    0,50,495/0,510
    0,4350,449/0,505
    * Если перевозится газ с другой плотностью, то необходимо пользоваться данными судна-прототипа.
    ** Первая цифра — при наличии сточных колодцев, вторая — без сточных колодцев.

     
    Остойчивость поврежденного газовоза оценивается при получении им пробоин в соответствии с требованиями.

    При этом рассматривают следующие случаи затопления газовоза: когда разрушены двойной борт, второе дно или два грузовых танка и когда Погрузка груза в грузовые танки СПГ газовозагрузовые танки не повреждены. Первый случай с точки зрения остойчивости – один из наиболее легких, так как второе дно затапливается водой, а вылив груза из поврежденных танков понижает ЦТ судна, что больше влияет на остойчивость, чем уменьшение метацентрической высоты из-за увеличивающейся свободной поверхности. Второй случай опаснее первого, поэтому для него необходимо провести проверку остойчивости на основании уравнения остойчивости

    h=r+ZcZg,          Форм. 74

    где:

    • r – метацентрический радиус, м;
    • Zс – аппликата центра величины (ЦВ), м;
    • h – начальная метацентрическая высота, м.

    Из (74) следует, что изменение начальной метацентрической высоты Δh при постоянной аппликате ЦТ судна (Zg = const) определяется изменениями аппликаты ЦВ ΔZс и метацентрического радиуса Δr;

    Δh=Δr+ΔZc,          Форм. 75

    где:

    • ΔZc=0,5ΔTα/δ;
    • α/δ – отношение коэффициента полноты площади ватерлинии к коэффициенту общей полноты судна;
    • ΔТ – приращение осадки газовоза, равное

    ΔT=E2A±E2/2A2K/A1/2;

    A=3Fdт/2;

    E=3F21dт/F+3B2l3αLπn3;

    K=F313dт/2F+3μνBl3T/πn3,

    где:

    • F = T – Hдд – 0,8 – глубина погружения сферы в воду, м;
    • nз – число затопленных грузовых отсеков;
    • lз = nзAdт – общая длина затопленных отсеков, м;
    • μν ≈ 0,95 – коэффициент проницаемости;

    Δr=l3B2/12δLT·10,59n3dт4S4/l3B

    • s – коэффициент, учитывающий соотношение между диаметром в сечении танка на уровне аварийной ватерлинии и диаметром сферы, равный

    s=2F+ΔTdт/F+ΔT11/2/dт.

    Зная Δh из (75) и учитывая тот факт, что минимальная начальная метацентрическая высота должна быть не менее 0,05 м, принимается (h/B)min. Максимальное значение относительной начальной метацентрической высоты (h/B)max находится из условий плавности качки (53), в котором принимается τ = τmin = 20 с. С учетом указанных границ для h/B на основании уравнения (51) корректируется отношение B/T.

    Это интересно: Обеспечение живучести судна-газовоза

    В случае необходимости производятся вычисления параметров газовозов в последующих приближениях. При этом в уравнение масс (59) подставляется масса изоляции танков Pиз, найденная по графику рис. 17.

    Масса изоляции танков газовозов
    Рис. 17 К определению массы изоляции на газовозах с мембранными (1) и сферическими (2) танками

    Затем рассчитывают ходкость и уточняют по (62) мощность энергетической установки. Таким образом, определение водоизмещения и главных размерений газовоза при 3 ≤ n ≤ 8 можно считать законченным.

    Особенности проектирования газовозов с мембранными танками

    Архитектурно-конструктивные особенности судов-газовозовГеометрия мембранных танков аналогична геометрии вкладных призматических танков типа А. Поэтому при определении водоизмещения и главных размерений газовозов с мембранными танками можно частично воспользоваться методикой. Расчетная грузовместимость W грузовых танков может быть найдена с помощью формулы (32), в которой учитываются только коэффициенты k1 и k2. Длину грузового танка L, его ширину Bт⊥, длину танковой части судна и длину между перпендикулярами газовоза рассчитывают по зависимостям (33)-(44).

    Высоту борта газовоза определим на оснований уравнения вместимости и:

    Wп=W1+W2+W3+W4+W5+W6+W7+W8,        Форм. 76

    где:

    • Wп – полный подпалубный объем газовоза на длине между его перпендикулярами, м3;
    • W1, W2, …, W6 – соответственно объемы пиков, коффердамов, бортовых цистерн, двойного дна, MO грузовых помещений (брутто), м3;
    • W7 – объем подпалубных цистерн, м3;
    • W8 – объем скуловых цистерн, м3.

    Полный подпалубный объем газовоза

    Wп=LBHδп,          Форм. 77

    где:

    • δп – коэффициент полноты подпалубного объема на длине между перпендикулярами, δп = δT/H + αkα (1 – T/H);
    • δ – коэффициент общей полноты судна;
    • α – коэффициент полноты площади главной ватерлинии (ГВЛ);
    • kα – коэффициент, определяемый зависимостью kα = 0,5(1 + авп/а);
    • αвп – коэффициент полноты площади палубы.

    Составляющие полного подпалубного объема W1 – W6, входящие в зависимость (76), рассчитывают следующим образом:

    W1=b1LBH;W2=nфkкфkоLкфBH;W3=b3LBH;W4=0,9ξ2LBHдд;      W5=ξ1LмоBH;W6=W/kи,                            Форм. 78

    где:

    • b1 – коэффициент, определяющий относительный объем отсеков форпика и ахтерпика в полном подпалубном объеме;
    • b3 – коэффициент, определяющий относительный объем бортовых цистерн в полном подпалубном объеме;
    • ξ1 – коэффициент полноты объема машинного отделения;
    • ξ2 – коэффициент полноты объема междудонного пространства;
    • nкф – количество коффердамов в подпалубном объеме газовозов;
    • kкф – коэффициент, учитывающий разновеликость объемов коффердамов на газовозе;
    • kо – коэффициент отклонения объемов коффердамов от объема прямоугольного параллелепипеда с ребрами Lкф, В, Н;
    • kи – статистический коэффициент, учитывающий потери объема на блоки первичной и вторичной изоляции танков;
    • WОбщие вопросы конструкции судов-газовозоврасчетная грузовместимость танков, м3;
    • Lкф – длина коффердама, м;
    • Lмо – длина машинного отделения, м.

    Объем подпалубных цистерн, м3,

    W7=L1Hп.цBп.ц+Bб.ц,          Форм. 79

    где:

    • Hп. ц, Bп. ц – высота и ширина подпалубных цистерн, м;
    • Bб. ц – ширина бортовой цистерны, м.

    Объем скуловых цистерн, м3,

    W8=L1Sс.ц,          Форм. 80

    где:

    • Sс.ц – площадь поперечного сечения скуловых цистерн, равная

    Sс.ц=2Hс.цBс.цHс.цHддBс.цBб.цBс.ц4Rс.ц2sin2Bс.ц2+Rс.ц2πα/180sin α;

    Размеры цистерн проектируемого судна определяют по данным судна-прототипа и статистическим зависимостям

    Hп.ц=0,8÷0,85Bп.ц;

    Bп.ц=0,19÷0,20B;

    Hс.ц2,2÷2,6Hдд;

    Bс.ц=0,12÷0,2B

    или

    Hп.ц=ξ3Bп.ц;

    Bп.ц=ξ4B;

    Hс.ц=ξ5Hдд;

    Bс.ц=ξ6B,

    где:

    Подставив соотношение (77)-(80) в уравнение (76) и упростив, получим зависимость для определения высоты надводного борта

    H=0,9ξ2LHдд+W/kи+W7+W8/BLαkαb1b3nкkкkоLкξ1Lмо.          Форм. 81

    Если купол грузового танка располагается выше палубы газовоза, и например как у газовозов с системой мембранных танков „Технигаз”, в (81) вместо расчетной грузовместимости танков W подставляют величину W′ = kппW – объем части грузовых танков, расположенных под палубой, м3 (здесь kпп – статистический коэффициент, учитывающий объем грузовых танков, расположенных под палубой; может быть также определен по данным судна-прототипа).

    Коэффициенты, входящие в (77) и (78), вычисляют по данным судна-прототипа:

    αвпSвп/LB;

    ξ2=Vдд/0,9LBHдд;

    b1=Vа+Vф/LBHδп;

    b3=2Bб.цHб.цL1/BHL,

    где:

    При расчете высоты борта газовоза коэффициент kα может быть определен с помощью формулы

    kα=1,915α29/αLB,

    а коэффициент полноты объема МО

    ξ1=ψ1φ1ψ2φ2+ψ3φ3/LмоL,

    где:

    ψ1=12δп122δп/B2xс/L8β;

    ψ2=15β24δп122δп/B2xс/L;

    ψ3=12δп122δп/β2xс/L;

    φ1=2/L2xн2xк4;

    φ2=4/3Lxн3xк3;

    φ3=xн2xк2;

    • xк – отстояние кормовой переборки машинного отделения от кормового перпендикуляра, м;
    • xк = xн + LМО – отстояние носовой переборки МО от кормового перпендикуляра, м;
    • xс – абсцисса ЦВ газовоза, принимаемые по данным судна-прототипа, м.

    Длина коффердамов Lкф должна приниматься равной одной шпации в данном районе судна и быть не менее 0,6 м для того, чтобы был возможен доступ в них для осмотра и ремонта.

    Ширина газовоза B = Bт + 2(Bб.ц + tи), где 1tи – толщина слоя изоляции (толщина первичного и вторичного блоков изоляции), м;

    Толщина первичного и вторичного блоков изоляции, состоящих из фанерных ящиков, заполненных изоляционным порошком-перлитом, составляет 0,4-0,5 м.

    Высота двойного дна газовоза Hдд = (0,085 – 0,095) Hт или Hдд = ξ7Hт, но не менее В/15 или 2 м (здесь ξ7 = Hдд/Hт).

    Зная главные размерения и коэффициент утилизации водоизмещения газовоза по дедвейту ηDW, можно найти его водоизмещение D = DW/(ηDW), а по (47)-(50) – коэффициенты полноты и осадку. Главные размерения газовоза и их соотношения проверяют по графикам рис. 6-11. Кроме того, отношение B/T корректируется с помощью уравнения остойчивости (51), в котором

     Zg=ξgHξg=0,750,77

    . Последующие приближения выполняют в соответствии с требованиями, массу изоляции танков определяют по графику рис. 17, высота опор танков в формуле (61) не учитывается.После расчетов мощности главного двигателя еще раз уточняют водоизмещение и осадку. Определение главных размерений газовоза с мембранными танками на этом этапе считается законченным.

    Оценка количества сжиженного газа, необходимого на балластный переход

    Рассмотрим условия балластного перехода одного из типов газовозов – метановозов, на котором перевозимый груз – метан – может сохраняться в сжиженном состоянии лишь в условиях глубокого охлаждения: при -161 °С. Это требует создания особых условий при выполнении балластного перехода. Чаще всего во время такого перехода осуществляется подготовка грузовых танков для приема жидкого метана, которая заключается в поддержании определенной темпера-туры внутри них. Так, классификационные общества рекомендуют оптимальную разность температур трюма и груза не более 29 °С, что приводит к необходимости охлаждения танков перед погрузкой до -133 °С, а норвежская фирма „Мосс Розенберг” рекомендует поддерживать температуру в танках не выше -110 °С, так как прй этой температуре, по их данным, танки готовы к погрузке метана. Однако предпочтительнее с точки зрения возникновения недопустимых термических напряжений в современных материалах, нарушений герметичности конструкций и, как следствие, аварий газовозов, необходимо чтобы перед погрузкой СПГ температура танков была не выше -133 °С.

    Большую роль в обеспечении безаварийной эксплуатации газово-зов играет и Охлаждение груза перед погрузкой в грузовые танкискорость захолаживания танков перед погрузкой, которая должна колебаться в пределах Δt = 4 ÷ 6 °С/ч, при этом поля температур в их изоляции должны быть выравнены. Большая же скорость захолаживания, например при Δt = 6 °С/ч, может привести к запаздыванию охлаждения изоляции и аккумулирование ею тепловой энергии, что вызовет „подогрев” танков после окончания процесса их охлаждения. Если необходимо снизить температуру танков с температуры окружающей среды 20 °С до температуры погрузки газа, то скорость охлаждения должна изменяться от Δt = 10 °С/ч в начальный период до Δt = 4°С/ч при приближении к -133 °С. При этом необходимо учитывать конструктивные особенности грузосодержащей системы эксплуатируемого газовоза, а именно: чем больше масса изоляции грузовых танков, тем меньше должна быть скорость их охлаждения, и наоборот, так как около 90 % энергозатрат на захолаживание используется для охлаждения танков и их изоляции и только около 10 % – на охлаждение атмосферы танков.

    Необходимую температуру внутри танков во время балластного перехода газовозов поддерживает специальная система охлаждения, предназначенная для впрыска в атмосферу танка сжиженного газа; испаряющийся на переходе в балласте метан в настоящее время используется в качестве топлива в судовых энергетических установках. В будущем на метановозах, по всей видимости, появятся установки повторного сжижения газа, которые будут готовить танки к погрузки. Кроме того, такую же работу смогут выполнить и установки захолаживания, которые целесообразно устанавливать на тех судах, из танков которых в портах назначения СПГ будет выгружаться полностью. Однако окончательный выбор того или иного способа охлаждения танков на проектируемом метановозе будет зависеть от того, какой из вариантов с экономической и эксплуатационной точек зрения окажется лучшим. Немаловажное значение при этом играет и принятый способ организации балластных переходов.

    Ю. В. Захаров и А. А. Лехмус подробно описали семь способов организации балластных переходов метановозов и подготовки их танков к приему груза.

    1. На коротких линиях экономически целесообразно полностью выгружать в порту назначения сжиженный метан; в этих случаях захолаживание проводят береговыми средствами в порту погрузки с определенной скоростью охлаждения. При таком способе во время балластного перехода происходит незначительный „нагрев” танков за счет создания вокруг них мощного изоляционного слоя;
    2. На длинных линиях на метановозе для балластного перехода оставляют 4-5 % груза, который подается в танки для поддержания в них температуры -162 °С. При этом испаряющийся метан используется в качестве топлива для судовой энергетической установки, а излишки его сжигаются. Это приводит к большим потерям груза из-за очень низкой температуры внутри танка и, как следствие, к значительным притокам тепла;
    3. На длинных и средних линиях на метановозе остается 2-3% сжиженного газа. В течение первых 3-5 сут балластного перехода в танки не подается охлаждающий их метан, в результате происходит их „подогрев” до температуры -133°С. Комплексная автоматизация энергетических установок буксирных судовСудовая энергетическая установка в этот период работает только на нефтяном топливе. После повышения температуры до -133 °С в танки начинают впрыскивать метан для поддержания в них постоянной температуры, что гарантирует после прихода в порт погрузки возможность немедленно начать погрузочные работы. В этом случае судовая энергетическая установка работает на нефтяном топливе и испарившемся газе. Расход метана на охлаждение танков должен соответствовать расходу его испарений, обеспечивающих работу судовой энергетической установки;
    4. На средних линиях для обеспечения балластного перехода оставляется на борту судна 1-2 % метана. В течение почти всего балластного перехода отрицательная температуры в танках поддерживается только за счет изоляции танков. За 10-20 ч до прихода в порт погрузки в грузовые танки подается большое количество сжиженного метана, обеспечивающего скорость их охлаждения 4-6 °С/ч и доводку температуры внутри танков до -133 °С. Испарившийся метан частично используется в судовой энергетической установке, а частично сжигается;
    5. На линиях любой протяженности в порту назначения может быть оставлен весь груз. В этих случаях температура в танках во время балластного перехода вначале увеличивается до -133 °С, а затем для поддержания ее на данном уровне включаются турбокомпрессорные газовые холодильные машины, работающие на метане с паротурбинным приводом. При этом пар поступает от главного турбозубчатого агрегата либо из утилизационного котла в случае применения ГТУ;
    6. Для обеспечения безопасности плавания во время балластного перехода в порту выгрузки танки зачищаются от газообразного метана и заполняются инертным газом (азотом). Температура в танках в начале балластного перехода увеличивается до -133 °С, а затем поддерживается на этом уровне с помощью турбокомпрессорной газовой холодильной машины, работающей на азоте с паро- или газотурбинным приводом;
    7. На средних линиях возможна установка мощных газовых холодильных машин, которые охлаждают танки в течение 10-20 ч перед приходом в порт погрузки. Танки перед началом работы холодильных машин „нагреваются” до температуры, превышающей -133 °С. Скорость охлаждения до этой температуры составляет Δt = 4 ÷ 6 °С/ч.

    Если подготовка танков к погрузке осуществляется в порту погрузки, то газ, охлаждающий танки, возвращается после испарения на берег и время подготовки зависит только от разности температур перед началом охлаждения и требуемой в конце цикла охлаждения. Если же охлаждение танков ведется на ходу судна, то с экономической и эксплуатационной точек зрения целесообразнее ограничить минимальное время подготовки танков к погрузке временем утилизации испарившегося газа в судовой энергетической установке без сжигания его излишков.

    При выполнении балластного перехода способами, необходимо предварительно выполнить расчет расхода сжиженного метана, требуемого для обеспечения необходимой температуры внутри танков. Свойства сжиженных газовМасса метана, требующегося на балластный переход Pбал, может быть определена в зависимости от массы газа, испарившегося во время перехода в грузу Pгр:

    Pбал=PгрΔtбал/Δtгр,

    где:

    • Δtбал,Δtгр 

      – разность температур окружающей среды и внутри танка для балластного перехода и перехода с грузом соответственно.

    Однако данной формулой можно пользоваться тогда, когда известна масса испарившегося при переходе с грузом метана. Более универсальной является зависимость, полученная на основе интегрального уравнения теплового баланса

    Pбал=0τktαt0expBτ·Hdτ/r,          Форм. 82

    где:

    • Pбал – масса сжиженного метана, необходимая на балластный переход, кг;
    • r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;
    • k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К);
    • tα – температура окружающей среды, К;
    • f0 – температура перевозки метана, K;
    • τ – время охлаждения танков, с;
    • H – площадь поверхности танков, м2;
    • B – коэффициент, с-1, определяемый зависимостью В = kHz/[(ст.и Pт.и/2) + cWρ];
    • здесь ст.и – удельная теплоемкость танков с изоляцией, Дж/кг · К;
    • c – удельная теплоемкость воздуха либо газа, находящегося в танках, Дж/кг · К;
    • Рт.и – масса грузовых танков с изоляцией, кг;
    • W – расчетная грузовместимость грузовых танков, м3;
    • ρ – плотность воздуха либо газа, находящегося в танках, кг/м3).

    Проинтегрировав уравнение (82), получаем

    Pбал=kHtαt0/Br1expBT,

    где:

    • T – период охлаждения снижения температуры от tα до t0, с.

    Свойства сжиженных газов и особенности их перевозки на судах газовозахТемпература газа в танках редко доводится до температуры окружающей среды tα. Чаще всего она после выгрузки метана повышается до величины

    tτ=t0tαexpBτ+tα,          Форм. 83

    где:

    • tτ – температура газа в танках в любой момент времени т, К.

    Поэтому, для того, чтобы определить по (82) количество газа, необходимое на балластный переход, если танки перед их подготовкой к погрузке уже охлаждены до температуры t1, следует вначале с помощью соотношения (83) найти время t1, затрачиваемое на охлаждение танков от температуры окружающей среды tα до температуры t1. При этом в (83) необходимо вместо tτ представить t1. Тогда

    τ1=Int0tα/t1tα/B.

    Затем, подставив τ1 в качестве нижнего предела интегрирования в (82) и проинтегрировав формулу, получим

    Pбал=kHtαt0/Brexpτ1BexpBT.

    Мощность и работа, затрачиваемые на охлаждение грузовых танков, могут быть вычислены с помощью формул, которые также выведены на основании решения интегрального уравнения теплового баланса:

    N=HRизtαt1expBTtп1expBT;

    Q0=HTRизtαt1expBTtп1expBT,          Форм. 84

    где:

    С помощью уравнений (84) в были рассчитаны мощность, затрачиваемая на охлаждение вкладных сферических танков газовозов различных грузовместимостей с термическим сопротивлением изоляции Rиз = 4 м2 · K/Вт. Результаты вычислений представлены на рис. 18.

    Охлаждение грузовых танков газовозов
    Рис. 18 Зависимости мощности, расходуемой на охлаждение грузовых танков газовозов, от скорости их охлаждения и грузовместимости

    При этом температуру начала захолаживания t1 определяли в зависимости от времени балластного перехода, а именно: общее время перехода (12 суток) равно сумме времени „подогрева” танков от 111,15 K (-162 °С) до температуры t1 и времени охлаждения от t1 до 140,15 K (-133 °С) при различных скоростях охлаждения.

    Сноски
    Sea-Man

    Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

    Март, 22, 2022 566 0
    Добавить комментарий

    Читайте также

    Текст скопирован
    Пометки
    Избранные статьи
    Loading

    Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

    Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...
    Вставить формулу как
    Блок
    Строка
    Дополнительные настройки
    Цвет формулы
    Цвет текста
    #333333
    Используйте LaTeX для набора формулы
    Предпросмотр
    \({}\)
    Формула не набрана
    Вставить