Проект батопорта сухого дока верфи «Звезда-DSME»

жидкостью. Таким образом, трубка играет роль дифференциального манометра и позволяет измерять перепад давления между точками, расположенными у концов канала. Между ^образными элементами трубки расположена линейка с ценой деления 1 мм.

Для определения направления и скорости ветра во время измерения его параметров в межлопаточном канале кроме этих трех приборов использовались третий анемометр типа AR1816 и компас. Поток ветра входит в межлопаточные каналы ВУ по-разному, что определяется различными условиями ориентирования каждого канала на ветер. Кроме того, на верхнем и нижнем концах канала ветер может отклоняться от горизонтального направления из-за того, что сталкивается со стенками канала.

В результате выполнения комплекса измерений можно увидеть области, в которых имеются потери в виде завихрений и т.д. и, изменяя геометрию лопаток, добиться повышения эффективности ВУ.

Измерения проводились на экспериментальной установке мощность 1 кВт, установленной в г. Владивостоке в районе ул. Нейбута 15 июня 2011 г. Скорость ветра изменялась от 0 до 3,5м/с, направление юго-восток. Результаты измерений представлены в виде графика. При этом измерения проводились в межлопаточном канале, ориентированном на юго-восток, измерительный комплекс перемещается по высоте канала. По оси абцисс отложена высота лопаток, по оси ординат - скорость ветра. Верхняя кривая снята на выходе из канала, а нижняя - на входе в него (см. график).

Во всех измерениях скорость, которую показывал анемометр, установленный на входе в канал, была меньше скорости, зафиксированной анемометром, установленном на выходе. Таким образом, мы установили, что в межлопаточном канале происходит существенное ускорение скорости ветра.

Распределение скорости ветра по высоте канала

X

УДК 626.422.3 Л.В. Ким

КИМ Лев Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: kimlv2@yandex.ru © Ким Л.В., 2012

Проект батопорта сухого дока верфи «Звезда-DSME»

Рассмотрены особенности эксплуатации прибрежных и шельфовых сооружений на побережье дальневосточных морей. Показана роль Дальневосточного федерального университета в реализации Морской стратегии России, в частности в проектировании батопорта для сухого дока судоверфи «Звезда-DSME», описана его конструкция и особенности расчетов.

Ключевые слова: сухой док, батопорт, надежность, устойчивость, компьютерное моделирование.

Design of gate of dry dock of shipyard "Zvezda-DSME". Lev V. Kim - School of Engineerieng (Far Eastern Federal University, Vladivostok).

The features of operation of coastal and offshore structures on Far Eastern sea coast are considered. The participation of Far Eastern Federal University is described in realization of Marine strategy of RF. An example of FEFU staff in designing of dry dock of Shipyard "Zvezda-DSME" is given including dock gate analysis. The design of dock gate is presented and also the analysis features which was made by design groups of FEFU. Key words: dry dock, dock gate, reliability, stability, computer modeling.

Освоение природных ресурсов Мирового океана, обеспечение и обслуживание связанных с этим транспортных потоков предполагает возведение большого числа специальных сооружений: причалов, сухих и плавучих доков, плотин, тоннелей, мостов, нефтегазодобывающих платформ, подводных трубопроводов и иных конструкций. Большинство таких объектов уникальны, они эксплуатируются в специфических условиях дальневосточного побережья.

В настоящее время реализуется стратегия Федеральной целевой программы по техническому перевооружению и развитию производственных мощностей судостроения для разработки и производства конкурентоспособной судостроительной продукции, становления научно-экспериментальной базы и критических технологий в судостроении. У российских корабелов появился опыт строительства ряда крупных нефтегазовых объектов: самоподъемной буровой платформы «Арктическая» (завод «Звездочка»), ледостойкой платформы для Приразломного месторождения («Севмашпредприятие»), опорного основания для платформы «Моликпак» и модификации платформы «Орлан» (Амурский судостроительный завод), ряда полупогружных платформ для норвежской компании Moss Maritime AS (Выборгская судоверфь).

Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ) сформировал Инженерный центр судостроения и судоремонта при содействии ОСК. Задачами центра являются развитие научно-технологического потенциала по направлениям базовых критических технологий, инновационных проектов по созданию научного и проектного задела для судов новых поколений, их пилотных проектов и специальной морской техники, включая подводную робототехнику; сохранение и развитие кадрового потенциала отрасли. Будут построены ледостойкие платформы, транспортные системы вывоза сырья, в том числе танкеры ледового плавания, ледоколы, морские терминалы и хранилища нефти, флот вспомогательного назначения, а также подводно-добычные комплексы для разработки месторождений подо льдом и подводной транспортировки нефти и газа и т.д.

Целью работы было научно-методическое обеспечение компьютерного моделирования сложных объектов морской техники с использованием опыта зарубежных партнеров, сравнения результатов расчетов.

К особенностям природно-климатических воздействий в прибрежной зоне дальневосточных морей относятся муссонный климат с тайфунами, цунами, наводнениями, высокая сейсмичность и наличие тектонических разломов в районах строительства, агрессивное воздействие морской воды (Японское море имеет наибольшую соленость среди морей, омывающих Россию). В процессе их эксплуатации, вследствие агрессивного воздействия влаги воздуха и непосредственно морской воды и повышенных механических нагрузок, связанных с воздействием ветра, волн и льда, происходит физический износ и потеря устойчивости элементов сооружений и снижение несущей способности конструкции в целом, что может стать причиной аварийных ситуаций. Поэтому особую важность приобретают вопросы мониторинга, разработка их технологий для отслеживания состояния сооружений в течение жизненного цикла.

Масштабность задач, суровые условия строительства и эксплуатации технических средств освоения шельфа (самоподъемных платформ, ледостойких стационарных буровых платформ, судов, причальных устройств, подводных трубопроводов и т.д.) требуют быстрого решения возникающих научных и практических проблем. Например, в связи с изготовлением бетонных оснований гравитационного типа в сухом доке порта Восточный для месторождений на шельфе о-ва Сахалина необходима разработка технологий и средств снижения истирающего воздействия льда на данные сооружения, обеспечения качества бетона при их изготовлении.

Одним из объектов исследований и проектирования являлся сухой док судоверфи крупнотоннажного судостроения «Звезда-DSME». Верфь необходима для создания морской техники, потребность в которой возросла при освоении месторождений на шельфе дальневосточных и арктических морей. Совместно с верфью «Восток-Раффлз» будут строиться суда до 140 000 т, плавзаводы, плавучие буровые установки т.д. Также сухой док может быть использован для изготовления плавдоков, плавучих газонефтехранилищ и плавучих конструкций из предварительно напряженного железобетона для разнообразных объектов гражданского применения, например понтонов-волноломов, плавпричалов, оффшорных ветроэлектростанций, плавучих островов, опор морских мостовых переходов, а также массивов-гигантов, широко используемых в Японии и Корее для строительства причальных сооружений.

ДВФУ имеет испытательный центр по бетону для подбора составов морозостойких бетонов для таких сооружений. Накоплен большой опыт при строительстве оснований гравитационного типа нефтегазпро-мысловых платформ для трех месторождений о-ва Сахалина в сухом доке «Восточный» в бухте Врангеля. Имеющиеся наработки и научный задел (расчетно-теоретические и экспериментальные исследования механизма истирания бетона льдом, опытные составы бетонов, система контроля качества производимой продукции) позволяют на ближайшие 5 лет сохранить конкурентные преимущества предлагаемой технологии.

Наплавные железобетонные элементы производятся из мелкозернистого армированного бетона с сетчатым или комбинированным армированием (класс Регистра - КЮ Pontoon).

Сотрудники кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений совместно с корейскими коллегами выполнили проектирование сухого дока судоверфи, включая стальной батопорт. От последнего в значительной мере зависит надежность и безопасность сухого дока в целом [1] (об этом свидетельствуют аварии, например, в Саудовской Аравии, с десятками погибших и большим ущербом). Поэтому актуально совершенствование методов расчета батопорта для выполнения требований ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений». Для анализа современных тенденций докостроения группа сотрудников посетила ряд компаний Кореи и КНР, а также судоверфь Daewoo Shipbilding, расположенную рядом с Пусаном, и Yantai Raffles Shipyard, г. Яньтай.

В настоящее время проектирование батопортов, являющихся гидротехническими затворами, регламентируется нормативно-методическими документами, разработанными полвека назад [2]. Тройка лидеров судостроения - Корея, Япония и КНР прочно заняли передовые позиции за счет современных технологий крупноблочного строительства судов. А компьютерные технологии позволяют решать многовариантные задачи анализа конструкций с адекватным учетом факторов, ранее не рассматривавшихся, либо учитываемых упрощенно. Используемый часто фрагментарный подход не учитывает пространственных эффектов, затрудняет поиск оптимальных решений.

В России нет опыта строительства батопортов современного плавучего типа. В середине 2000-х были построены сегментные батопорты, входящие в состав судопропускного сооружения комплекса защиты г. Санкт-Петербурга от наводнений, который при угрозе перекрывает судоходный путь из Финского залива в Неву. Батопорт в этом случае выводится из дока, устанавливается поперек канала и погружается на порог за счет заполнения балластных цистерн.

ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова провел модельные испытания батопорта. После проектирования и изготовления части сегментов выяснилось, что при возникновении перепада уровней воды со стороны залива и Невской губы погружающийся на дно канала батопорт будет интенсивно раскачиваться с размахами порядка 3 м и ударяться о дно. Проведено математическое моделирование процесса закрытия судоходного канала в условиях нагонного волнения. Были разработаны конструктивные мероприятия по устранению раскачки, предложения по улучшению эксплуатационных характеристик судопропускного сооружения. Результаты обеспечили сокращение сроков работ по судопропускному комплексу и безаварийную эксплуатацию комплекса до настоящего момента.

Батопорт является затвором сухого дока, выполненным в виде понтона с водонепроницаемыми переборками. Для различных частей батопорта использованы соответственно различные системы набора корпуса. В рабочем положении стояния на пороге дока батопорт выполняет функции стенки камеры дока. Конструкция Т-образная и симметрична относительно диаметральной плоскости формы в поперечном сечении, что позволяет выполнять ремонт и обслуживание со стороны камеры дока насухо, а также снять остаточные напряжения в напорной грани корпуса. Для этого при каждой операции маневрирования батопорт меняется сторонами.

Основные размерения батопорта, м:

общая длина корпуса............................114,85

высота (от низа до верхней палубы)...........13,45

ширина...............................................12,00

ширина проезжей части дорожной палубы ....6,00 тротуар................................................1,50

Толщины наружной обшивки, настилов палуб приняты из условия прочности. Конструкции корпуса полностью сварные с максимальным использованием автоматической и полуавтоматической сварки в среде СО2. Сварные тавровые и угловые швы преимущественно двусторонние. Сварка односторонним и прерывистым швами будет применяться только во внутренних помещениях. В необходимых местах предусматриваются вырезы, воздушные и сливные отверстия, вырезы для облегчения конструкций. Для борта применяется поперечная система набора со шпангоутами катаного профиля, рамными шпангоутами и бортовыми стрингерами сварного профиля. Поперечные переборки выполняются плоские, с набором катаного и сварного профиля. Конструкции балластных цистерн выполняются из листов и набора катаного и сварного профиля. Обшивка наружных стенок, настилы палуб и кожух дымовой трубы подкрепляются катаным и сварным набором. Фундаменты под механизмы, устройства и оборудование выполняются достаточной прочности и жесткости из листового и профильного проката и имеют соответствующие подкрепления в конструкциях корпуса.

В топливной и других цистернах в стенках связей выполняются шпигаты, достаточные для обеспечения эффективной работы насосов и перетока жидкости. Для удобства при постройке в корпусных конструкциях по усмотрению поставщика могут предусматриваться временные вырезы, которые затем завариваются и ис-пытываются. Осуществляется 100-процентный контроль качества сварных швов. Непроницаемость корпуса судна обеспечивается непроницаемостью наружного корпуса, поперечных переборок, наружных стенок и открытых палуб рубки в соответствии с требованиями международной конвенции СОЛАС-74.

Основными элементами батопорта являются:

- корпус (центральная часть с БЦ и торцевые части, где расположены механическое и электрическое оборудование, цистерны для регулирования дифферента);

- дорожная палуба;

- палуба обслуживания, где расположены насосное и генераторное помещения, пункт управления - ПУ);

- механическое оборудование;

- электрическое оборудование;

- прочие системы и снаряжение.

Конструкция батопорта Т-образной симметричной (относительно диаметральной плоскости) формы в поперечном сечении, что позволяет выполнять ремонт и обслуживание со стороны камеры дока насухо, а также снять остаточные напряжения в напорной грани корпуса. Для этого при каждой операции маневрирования батопорт меняется сторонами. На дорожной палубе располагается переходной мост, пешеходные дорожки, швартовные шпили, кнехты, клюзы, тамбуры для входа в ПУ и генераторное помещение, а также люки для доступа в нижележащие помещения. Палуба обслуживания располагается под дорожной палубой и предназначена для технологического оборудования, ПУ, генераторного отделения, двух гидроагрегатных и насосные помещения. На уровне палубы обслуживания, снаружи батопорта, по обоим бортам располагаются консольные площадки, предназначенные для обслуживания расположенного снаружи оборудования.

Заполнение дока водой осуществляется через трубы, оборудованные дисковыми задвижками с электрогидравлическим и ручным приводом. По обеим сторонам батопорта, а также в его нижней части устанавливается два комплекта резиновых уплотнителей типа «Омега», которые обеспечивают герметичность камеры дока после откачки. Фиксация положения батопорта с целью ограничения сжатия резиновых уплотнителей производится с помощью центрирующих цилиндрических стержней, опускающихся в пазы. Для операций швартовки и маневрирования используют буксир, шпили и кнехты, а также тумбы камеры дока.

Для вывода/ввода судов батопорт отводится к достроечной набережной с помощью буксира и системы швартовных устройств (шпилей). Подъем батопорта и посадка на порог производится путем дебалластиров-ки/балластировки цистерн. Обледенение устраняется с помощью механической очистки. В сильный мороз возможно применение обдува горячим воздухом или специальных жидкостей. Балластные цистерны для защиты от замерзания воды и батопорт для образования майны оборудованы воздушно-пузырьковой системой снаружи корпуса и на пороге доке. Дополнительный эффект возникает от вихревого течения образовавшихся пузырей вблизи корпуса.

Согласно выполненным расчетам методом конечных элементов по двум программам SCAD OFFICE и ANSYS, батопорт удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости конструкции в целом и ее отдельных узлов; водонепроницаемости и мест сопряжений его с камерой сухого дока; возможности свободного маневрирования с помощью буксира и регулирования дифферента батопорта. Компьютерные расчеты выполнены по программе «Диалог-Статик» и NAPA при участии ООО «Звезда-Посейдон» и компании "Ko-rpec", "Mirax" из г. Пусана, а также сотрудниками кафедры гидротехники ДВФУ и НИЦ МГСУ. Остойчивость батопорта определены согласно требованиям «Правил классификации и постройки судов смешанного плавания» Российского речного регистра судоходства, предъявляемым к понтонам. Проведено пространственное численное моделирование на расчетные сочетания нагрузок, в частности при опирании на порог; в момент отрыва от порога и в плавучем состоянии. Учтены влияния форм колебаний батопорта на гидродинамическое давление воды, возникающее при землетрясении, гидродинамические характеристики с учетом влияния соседних сооружений, рассчитаны осадка, водоизмещение, координаты центра величины, площадь ватерлинии, метацентрическая высота с учетом влияния швартового закреплений; выполнено моделирование динамики буксируемого батопорта.

Результатом выполненной работы являются: анализ и обобщение проектной документации, постановка задач расчетных исследований НДС и прочности несущих конструкций исследуемого батопорта; разработка и верификация пространственных конечноэлементных моделей несущих конструкций батопорта при задан-

ных сочетаниях статических и динамических нагрузок и воздействий; определение расчетного статического и динамического напряженно-деформированного состояния несущих конструкций; оценка прочности и усталостного ресурса элементов несущих конструкций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бугаев В.Т., Дубровский М.П., Яковлев П.И. и др. Конструкции сухих доков и их взаимодействие с грунтом. М.: Недра-Бизнесцентр, 2001. 372 с.

2. ГОСТ 26966-86. Сооружения водозаборные, водосборные и затворы. Термины и определения.

X

УДК 664-42

Я.А. Нагорная, Д.Ю. Проскура

НАГОРНАЯ Яна Александровна - аспирант, ассистент кафедры дизайна архитектурной среды Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ПРОСКУРА Дмитрий Юрьевич - старший преподаватель кафедры прикладной механики (Дальневосточный государственный технический рыбо-хозяйственный университет, Владивосток). E-mail: prigorya@mail.ru © Нагорная Я. А., Проскура Д.Ю., 2012

Использование технологии трехмерного прототипирования для модернизации формовочной машины

Разработана компьютерная модель модернизации машины КМС100 (YANAGIYA MACHINERY Co, Ltd) применением формующей насадки со сменными формами: двумя комплектами форм-штампов, имитирующих гидробионты. Ожидаемая окупаемость от увеличения ассортимента продукции - за 3-4 смены работы цеха. Переналадка на другой вид продукции: 20-30 мин. Блок сменных форм-штампов для экструзивного формования рыбных фаршей типа «СУРИМИ» и других повышенной плотности был изготовлен по технологии FDM (Fused Deposition Modeling), который заключается в послойной укладке разогретой полимерной нити в соответствии с геометрией модели детали, разработанной в системе CAD. Ключевые слова: менные формы, экструзивное формование, плотные фарши.

Use of technology of three-dimensional prototyping for forming machine modernization. Yana A. Nagornaya - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok). E-mail: prigorya@mail.ru, Dmitrii U. Proskura (Far Eastern State Technical Fisheries University (Dalrybvtuz), Vladivostok). The developing computer model of modernization for car KMS100 (YANAGIYA MACHINERY CO., LTD) by application forming devices: two complete sets of replaceable forms-stamps simulating hydro bionics. Expected recoupment threw increase assortment of production at 3-4 changes of work of shop. Readjustment on other kind of production of 20-30 minutes. The block of replaceable forms-stamps for extruding formations of fish forcemeats of type «SURIMI» and others the raised density has been made on technology FDM (Fused Deposition Modelling) which consists in level-by-level packing of the warmed up polymeric thread according to geometry of model of the detail developed in system CAD.

Key words: replaceable forms, extruding formation, dense forcemeats.

В начале 90-х годов прошлого века в США были разработаны первые RP-системы (RP - rapid prototyping, быстрое прототипирование). Назначение этих установок - быстрое изготовление прототипов. В отличие от традиционных технологий, таких как механообработка или литье, все RP-системы представляют собой установки для послойного аддитивного синтеза моделей. Исходным материалом для работы любой RP-сис-темы является трехмерная твердотельная компьютерная модель изделия, созданная в любой программе 3D САПР. Она сохраняется в формате файла STL (аббревиатура STL расшифровывается как STereoLithography,