Анализ алгоритма и схемы ввода в действие энергетической установки спасательной шлюпки при реализации стандартной спасательной операции

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

УДК 629.125

ББК 39.466:39.42-082.03

В. В. Алексеев

АНАЛИЗ АЛГОРИТМА И СХЕМЫ ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ СПАСАТЕЛЬНОЙ ШЛЮПКИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ СТАНДАРТНОЙ СПАСАТЕЛЬНОЙ ОПЕРАЦИИ

V. V. Alekseev

ANALYSIS OF ALGORITHM AND SCHEMES OF LAUNCHING OF POWER INSTALLATION OF RESCUE BOAT WHILE REALIZATION OF STANDARD RESCUE OPERATION

Предложен алгоритм реализации стандартной спасательной операции с использованием моторных средств коллективного спасения экипажей морских судов и анализ его структурной схемы. Рассмотрены и проанализированы все этапы спасательной операции. Предложен комплекс оценочных факторов, характеризующих эксплуатационные показатели средств коллективного спасения.

Ключевые слова: средство коллективного спасения, энергетическая установка, алгоритм, схема, анализ, спасательная операция, показатели, работоспособность, сохраняемость.

The algorithm of realization of a standard rescue operation using motor vehicles of mass rescue of the crews of seagoing vessels and the analysis of its structural scheme are presented. All the stages of the rescue operation are examined and analyzed. The complex of evaluative factors characterizing the operational indicators of means of mass rescue is also presented.

Key words: equipment of mass rescue; power installation; algorithm; scheme; analysis; rescue operation; indicators; work capacity; persistence.

Моторные средства коллективного спасения экипажей морских судов (СКС), согласно международным и национальным нормам, хранятся на судах в состоянии постоянной готовности для немедленного использования в любых условиях, возможных в эксплуатации. К ним прибегают только в трех случаях: при проведении плановых учебных или тренировочных занятий для экипажа или пассажиров; оказании помощи и спасении лиц, оказавшихся за бортом судна; эвакуации экипажа и пассажиров с терпящего бедствие судна.

После того как борьба за живучесть аварийного судна признана безнадежной и дальнейшее пребывание пассажиров и экипажа на гибнущем судне опасно для их жизни, по команде «Оставить судно» начинается спасательная операция.

Стандартная спасательная операция, реализуемая последовательно и беспрерывно, состоит из множества подопераций, выполняемых часто параллельно, а вся операция состоит из пяти этапов (рис. 1).

1. На первом этапе осуществляется параллельно сбор экипажа и пассажиров для посадки в СКС, подготовка СКС для посадки людей и энергетической установки (ЭУ) для запуска, а также запуск ЭУ на палубе. Одновременное выполнение операций сбора людей у мест посадки, подготовки СКС для посадки людей и ЭУ к пуску, а также ввода ЭУ в действие позволяет сократить продолжительность первого этапа и определить его величину.

Спуск СКС на воду

Рис. 1. Алгоритм функционирования ЭУ при реализации стандартной спасательной операции, продолжительность которой на рыболовных и грузовых судах длиною до 100 м и с экипажем до 22 человек составляет 120-150 с

Так, продолжительность подготовки т0 и пуска тП двигателя в сумме не должна превышать продолжительность сбора людей к месту посадки в СКС тСБ, а продолжительность подготовки СКС для посадки людей тПСКС должна быть меньше тСБ . В связи с тем, что условие тПСКС < тСБ , как правило, всегда соблюдается, из-за малой трудоемкости подготовки СКС для посадки людей и сложности операций сбора людей к местам посадки в СКС, можно написать: т0 + тп ^ Тсб . Следовательно, предельно допустимую продолжительность операций подготовки и пуска двигателя можно определить по наименьшему значению тСБ.

По данным [1], наименьшая продолжительность операций сбора людей к месту посадки в СКС зависит от скорости движения членов экипажа и пассажиров по коридорам, трапам и открытым участкам палубы, их возраста и пола, времени суток и освещенности, крена судна и многих других факторов и поэтому всегда имеет определенное значение, которое, например, на рыболовных и грузовых судах длиною до 100 м и с экипажем до 22 человек составляет 120-150 с.

Во всех остальных случаях, где используются моторные СКС, тСБ > 120 с. Это позволяет сделать вывод для последующей части работы, который формулируется следующим образом. На подготовку и пуск ЭУ, без ущерба для спасательной операции, можно затратить до 120 с. И это не противоречит требованию обеспечения ее немедленного ввода в действие. Согласно Правилам Российского морского регистра судоходства и ГОСТ 10150, дизель ЭУ должен запускаться с одной из трех попыток, реализуемых за 60 с. В связи с изложенным для первого этапа спасательной операции можно принять:

3

тсб =120 с; тп = X тп <60с; т0 <60с,

i=1

гдетп 1 < 20с - продолжительность пусковой попытки, которая, например, на рыболовных и грузовых судах длиною до 100 м и с экипажем до 22 человек составляет 120-150 с.

2. На втором этапе осуществляется параллельно посадка людей в СКС и прогрев двигателя на холостом ходу на палубе без воды в системе охлаждения. Одновременное выполнение указанных операций позволяет сократить продолжительность второго этапа и определить продолжительность начальной стадии прогрева двигателя. Продолжительность второго этапа тПС , как и первого, зависит от различных факторов и одновременно определяет продолжительность начальной стадии прогрева двигателя. Для оценки т П С можно использовать замеры времени посадки людей в СКС, выполненные в натурных условиях [2]. Это время составляет не более 180 с, что совпадает с продолжительностью, установленной Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море (СОЛАС). Поэтому продолжительность начальной стадии прогрева двигателя на СКС можно принять равной тПС = 180 с.

3. На третьем этапе осуществляется параллельно спуск СКС на воду и заключительная стадия прогрева двигателя. Продолжительности третьего этапа ТСП и заключительной стадии прогрева двигателя равны и, согласно международным и национальным нормам (Правила Российского морского регистра судоходства по конвекционному оборудованию морских судов), не должны превышать 120 с.

В связи с этим для суммарной продолжительности работы ЭУ на холостом ходу до поступления в систему охлаждения забортной воды, равной продолжительности прогрева двигателя тПР, можно написать:

тПР = тПС + тСП = 180 + 120 = 300 с.

4. На четвертом этапе, в самом начале ЭУ приходится выдерживать температурные напряжения, возникающие в прогретых деталях двигателя от соприкосновения с забортной водой с возможной температурой до 271 К, а затем принимать полную нагрузку и завершать эвакуацию людей путем отхода СКС от гибнущего судна с конвенционной скоростью не менее 3,1 м/с.

Таким образом, полную мощность, необходимую для движения СКС со скоростью не менее 3,1 м/с и работы всех систем жизнеобеспечения СКС, ЭУ должна развивать через 5 минут после пуска двигателя.

5. На пятом этапе спасательной операции ЭУ должна обеспечивать:

- движение СКС с заданной скоростью хода;

- работу всех систем жизнеобеспечения СКС, в том числе насосов осушения и орошения СКС, генераторов зарядки аккумуляторной батареи и питания бортовой сети и радиостанции;

- безотказное функционирование в случае попадания воды в СКС и затопления ЭУ по линии оси коленчатого вала; переворачивании СКС с задержкой в течение 10 секунд в положении, перевернутом на 180°; прохождении танкерной СКС зоны разлившейся и горящей нефти в течение 8-10 минут;

- безотказное функционирование в течение времени, необходимого для выхода в безопасную зону или на оживленные морские пути, не менее 24 часов после отхода СКС от борта аварийного судна.

Спасательную операцию принято считать завершенной успешно, если она была технически выполнима и время ее реализации было меньше продолжительности гибели судна. Эффективность спасательной операции принято оценивать абсолютным или относительным количеством спасенных людей [1, 4].

При теоретических разработках мы исходили из алгоритма функционирования ЭУ, используя обоснованные коррективы с целью более точного его математического описания.

Алгоритм функционирования ЭУ, представленный на рис. 1, отражает особенности эксплуатации, а анализ и теоретические исследования позволяют разработать на его базе критерии оценки эксплуатационных качеств ЭУ СКС.

Активная роль ЭУ в реализации спасательной операции обусловливает необходимость выполнения в кратчайшее время операций подготовки к пуску и пуска двигателя, прогрева и приема нагрузки, а также их теоретического и экспериментального исследования.

В связи с этим, используя алгоритм, представляется целесообразным в новом представлении прокомментировать структурную схему (рис. 2 [3]) ввода в действие ЭУ, отражающую реальные процессы, происходящие на всех следующих стадиях.

F пе =31,66 с-1

То Т1 Т 2 Тз Т4 Т5 Тб

Рис. 2. Структурная схема ввода в действие энергетической установки [3]: т0 - продолжительность подготовки ЭУ к пуску; т - разгон пусковым устройством; т 2 - разгон пусковым устройством и отдельными вспышками; т3 - разгон на вспышках; т4 - прогрев на холостом ходу. т5 - продолжительность набора номинальных оборотов; т6 - движение СКС при полной нагрузке; А - начало разгона; В - появление отдельных вспышек; C - отключение пускового устройства и появление вспышек; D - завершение разгона на вспышках; Е - завершение прогрева дизеля; F - принятие ЭУ полной нагрузки

1. Первая стадия предусматривает выполнение ряда подготовительных операций, необходимых для обеспечения пуска двигателя с одной из трех попыток. Продолжительность стадии т0 не более 60 с.

2. Вторая стадия предусматривает осуществление разгона коленчатого вала двигателя:

- предварительный - с угловой скорости юо = 0 до ю 1 , обеспечивающей удовлетворительное протекание процессов наполнения цилиндров, сжатия воздушного заряда, смесеобразования и появления отдельных вспышек в цилиндрах. Предварительный разгон осуществляется с помощью постороннего источника энергии;

- последующий - с угловой скорости ю 1 до ю 2 , обеспечивающей удовлетворительное протекание рабочего процесса и появление регулярных вспышек в цилиндрах. Последующий разгон осуществляется как с помощью постороннего источника энергии, так и отдельных вспышек в цилиндрах;

- конечный - с угловой скорости ю2до ю3 , обеспечивающей автоматическое отключение пускового устройства и разгон только на регулярных вспышках с самостоятельным выходом на режим холостого хода.

В результате выполнения от одной до трех попыток, с суммарной продолжительностью не более 60 секунд, предусмотренных второй стадией, осуществляется пуск двигателя. Третья стадия предусматривает прогрев двигателя в течение не менее 5 минут для последующего принятия полной нагрузки при минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала.

3. Четвертая стадия предусматривает перевод двигателя с холостого хода на режим полной мощности или приемистость ЭУ по частоте вращения вала для отхода СКС от аварийного судна с конвенционной скоростью.

Продолжительность ввода в действие ЭУ определяется продолжительностью указанных четырех стадий и характеризует оперативность ЭУ, что обусловливает необходимость их исследования. Последнее целесообразно выполнить на базе предложенной структурной схемы, что позволяет впервые разработать инженерную методику для расчета продолжительности пуска двигателя и ввода в действие ЭУ.

Анализ алгоритма функционирования ЭУ и комплекса требований, предъявляемых к ним, показывает, что эксплуатационными качествами, определяющими успешное завершение эвакуации людей с гибнущего судна, являются комплексные оценочные показатели, характеризующие:

- сохраняемость ЭУ в постоянной готовности для немедленного ввода в действие при заданных длительных периодах бездействия;

- оперативность ЭУ при вводе в действие, включающая быструю подготовку к пуску, пуск, прогрев и приемистость в течение заданного периода времени при температуре окружающей среды до 258 К;

- максимально возможную надежность ввода в действие и функционирование ЭУ (РМ —>1) при любых условиях, возможных при эвакуации людей с гибнущего судна.

Долговечность ЭУ, под которой понимается продолжительность ее использования до списания, составляет 15 лет, поэтому сохраняемость ЭУ приходится обеспечивать равным ресурсу ЭУ до списания, т. е. 15 лет.

Обеспечить на практике при эксплуатации ЭУ сохраняемость равную 15-ти годам только конструкторскими и технологическими решениями, исключающими операции технического обслуживания (ТО), не удается, поэтому приходится предусматривать показатель, характеризующий сохраняемость ЭУ, и плановые ТО с периодичностью, совпадающей или кратной установленной международными нормами для периодической проверки функционирования СКС - 3 месяца.

Техническое обслуживание включает следующие операции:

1. Проверка и, при необходимости, восстановление требуемого уровня моторного масла и топлива, а также электролита в аккумуляторе, устранение их течи в соединениях.

2. Проверка и при необходимости устранение следов коррозии и восстановление лакокрасочных и других покрытий наружных поверхностей ЭУ, его узлов и механизмов.

3. Проверка работоспособности ЭУ и ее систем, а также аккумуляторной батареи и, при необходимости, восстановление заданного уровня технических характеристик и показателей путем выполнения необходимых эксплуатационных регулировок ЭУ и перезарядки батареи.

4. Замена топлива и моторного масла в системах смазки двигателя и ЭУ, фильтрующих элементов в системах топливоподачи и смазки, а также аккумуляторной батареи через каждые пять лет эксплуатации ЭУ.

Анализ перечисленных операций ТО указывает:

- на невозможность их выполнения в рамках одного планового обслуживания, реализуемого с заданной периодичностью;

- целесообразность их выполнения в полном объеме в рамках двух различных ТО путем назначения технического обслуживания № 1 (ТО-1), реализуемого в объеме указанных в п. 1, 2, 3 операций, с заданной периодичностью, равной 3 месяцам, и технического обслуживания № 2 (ТО-2), реализуемого в объеме указанных в п. 4 операций, с заданной периодичностью, равной 5 лет;

- необходимость исключения для ЭУ рассматриваемого типа операций переборки и капитального ремонта двигателя и других механизмов, выполнение операций по мелким ремонтам текущего характера, обусловленных случайными факторами.

Последнее предусматривает исключение переборки и капитального ремонта двигателя и механизмов конструкторскими и технологическими решениями и может быть реализовано на практике, т. к. наработка ЭУ в ходе тренировочного использования СКС в каждые три месяца

составляет 2 ч или 8-10 ч в год. Можно принять наработку ЭУ до наступления сроков обслуживания ТО-1 - через 3 мес., наработка - 2 ч; ТО-2 - через 5 лет, наработка - 50 ч и списание - через 15 лет или 150 ч работы.

Таким образом, показателями, характеризующими постоянную готовность ЭУ к вводу в действие и функционированию, являются:

- сохраняемость ЭУ на судне с заданными характеристиками и показателями без технического обслуживания - 3 месяца;

- сохраняемость ЭУ на судне с заданными характеристиками и показателями с плановыми техническими обслуживаниями ТО-2 - 5 лет. Количество ТО-1 за 5 лет составляет 19 шт. При совпадении по срокам ТО-1 и ТО-2 перечень операций и трудоемкости ТО-1 включаются в ТО-2;

- сохраняемость ЭУ на судне с заданными характеристиками и показателями при выполнении 57 плановых ТО-1 и двух плановых ТО-2 до наступления срока списания СКС - 15 лет;

- трудоемкость: ТО-1 - ^, ТО-2 - t2, суммарная до списания - tо = 57^ + 2t2, чел. ч.

С целью обеспечения оперативности ввода в действие и сохраняемости ЭУ СКС между плановыми техническими обслуживаниями выполняются следующие операции: проворот коленчатого вала двигателя - раз в неделю; запуск двигателя с работой на холостом ходу в течение 5 минут - раз в месяц; тренировочный спуск СКС на воду - раз в три месяца.

Необходимость смены масла в двигателе, реверсивно-редукторной передаче и в топливном насосе, а также топлива в топливном баке через каждые 5 лет обусловлена предельным сроком хранения моторных масел и дизельного топлива, по истечении которого их качество не гарантируется. Именно поэтому для ЭУ СКС приходится наряду с ТО-1 регламентировать ТО-2 с периодичностью не более 5 лет.

Вторым важнейшим комплексным показателем является оперативность ЭУ при вводе в действие. Показателями, характеризующими оперативность ЭУ, являются: продолжительность подготовки т0 и пуска тп двигателя при любых условиях, возможных в эксплуатации ЭУ СКС; продолжительность прогрева двигателя тПр до спуска СКС с палубы на воду и приемистость ЭУ по частоте вращения вала тпп; минимальная температура пуска двигателя как вручную, так и электростартером Тщс и количество людей, осуществляющих ввод в действие ЭУ; /П - показатели, характеризующие пусковые качества двигателя.

В соответствии с требованием СОЛАС, ввод в действие ЭУ СКС необходимо обеспечить при любых условиях, возможных в эксплуатации. В качестве минимальной температуры окружающей среды, отвечающей «любым условиям, возможным в эксплуатации», Российским морским регистром судоходства принята температура 258 К.

Надежность ввода в действие и функционирование двигателя и механизмов ЭУ СКС определяет: работоспособность ЭУ и ее систем при пуске двигателя; работоспособность ЭУ при прогреве без воды в системе охлаждения и поступлении забортной воды с температурой до 271 К в систему охлаждения прогретого двигателя сразу после спуска СКС на воду; работоспособность ЭУ в случае переворачивания СКС на 360° с задержкой в положении, перевернутом на 180° в течение 10 секунд; работоспособность ЭУ в случае затопления СКС по линии оси коленчатого вала двигателя; работоспособность ЭУ в случае прохождения СКС нефтеналивных судов зоны разлившейся и горящей нефти в течение 8—10 минут; работоспособность ЭУ после спуска на воду в режиме полной мощности для эвакуации людей с гибнущего судна со скоростью не менее 3,1 м/с.

Соответствие дизелей ЭУ требованиям по обеспечению работоспособности в случаях: переворачивания СКС на 360° с задержкой в положении, перевернутом на 180°, в течение 10 секунд; затопления СКС по линии оси коленчатого вала двигателя; прохождения СКС зоны разлившейся и горящей нефти в течение 8—10 минут определяется по каждому из устанавливаемых на СКС дизелей. Поэтому проводить сравнительную оценку дизелей по этим показателям нет необходимости.

Во всех перечисленных случаях и в дальнейшей работе под работоспособностью принято понимать состояние ЭУ и ее двигателя, при котором они способны выполнять заданные функции с показателями, установленными в технической документации. При этом во всех случаях эксплуатации вероятность безотказной работы ЭУ РИ—1, т. е. при реализации спасательной операции в интервале от ее начала до завершения не должно быть нарушения работоспособности ЭУ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров М. Н. Безопасность человека на море / М. Н. Александров: моногр. Л.: Судостроение, 1983. 208 с.

2. Александров М. Н. Эффективность судовых спасательных средств и проблемы их нормирования / М. Н. Александров: дис. ... д-ра техн. наук. Л., 1972. 435 с.

3. Александров М. Н. Современные спасательные средства и их эффективность / М. Н. Александров // Морской флот. 1972. № 8. С. 37-39.

4. Масуев М. А. Повышение эксплуатационных качеств судовых малоразмерных дизелей / М. А. Ма-суев, А. С. Дадилов // Изв. высш. учеб. завед. Северо-Кавказ. регион. 2006. Приложение № 10. С. 66-69.

REFERENCES

1. Aleksandrov M. N. Bezopasnost' cheloveka na more [Man safety in the sea]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1983. 208 p.

2. Aleksandrov M. N. Effektivnost’ sudovykh spasatel'nykh sredstv i problemy ikh normirovaniia. Diss. dokt. tekhn. nauk [Efficiency of marine life-saving equipment and problems of its standardization. Dr. tech. sci. diss.]. Leningrad, 1972. 435 p.

3. Aleksandrov M. N. Sovremennye spasatel'nye sredstva i ikh effektivnost' [Modern life-saving equipment and its efficiency]. Morskoi flot, 1972, no. 8, pp. 37-39.

4. Masuev M. A., Dadilov A. S. Povyshenie ekspluatatsionnykh kachestv sudovykh malorazmernykh dize-lei [Increase in operational characteristics of marine small-size diesel engines]. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. 2006, prilozhenie no. 10, pp. 66-69.

Статья поступила в редакцию 28.08.2013

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Алексеев Виктор Валерьевич - Каспийский институт морского и речного транспорта, Астрахань - филиал Волжской государственной академии водного транспорта, Нижний Новгород; зав. судомеханическим отделением; vktr3@list.ru.

Alekseev Victor Valerievich - Caspian Institute of Marine and River Transport, Astrakhan Branch of Volga State Academy of Water Transport, Nizhny Novgorod; Head of Ship Mechanical Department; vktr3@list.ru.