Введение к работе
Актуальность темы исследования. Повышение эффективности работы различных видов транспорта является актуальнейшей проблемой в условиях глобализации и острой конкуренции на рынке транспортных услуг. Экономическое состояние различных видов транспорта свидетельствует о дефиците инвестиционных ресурсов для обновления изношенных основных фондов, о системном кризисе в отрасли.
Несмотря на постоянный рост тарифов, потенциал российских предприятий водного транспорта остается весьма низким. Значительная часть отечественных судоходных компаний находится в кризисном состоянии (около 40%).
Одним из путей выхода из такой ситуации является повышение конкурентоспособности российских судоходных компаний за счет внедрения новых технических средств и технологий доставки грузов, модернизации существующего флота.
Основной тенденцией развития транспортных средств в мире является рост грузоподъемности (пассажировместимости) с целью снижения издержек по доставке грузов (пассажиров). Вместе с тем, рост грузоподъемности и количества транспортных средств на водных путях ведет к увеличению плотности движения, особенно в прибрежных зонах и на ограниченных акваториях. Соответственно возрастает вероятность возникновения различного рода аварий.
Анализ показывает, что 90% от общего числа аварий происходит именно в подобных зонах судоходств. По данным ведущих специалистов, число происшествий с судами и составами на шлюзованных системах около гидротехнических сооружений доходит до 20% от их общего количества. Основная часть аварий совершается в подходных каналах и при заходе в шлюз (более 50%) и приходится на долю крупногабаритного флота. При этом более 40% всех аварий составляют навигационные (столкновения, удары, навалы), то есть связанные с управляемостью транспортных средств на водных путях.
Учитывая, что на линии Астрахань – Санкт-Петербург протяженностью 3640 км шлюзы располагаются в среднем через 246 км, а на линии Ростов-на-Дону – Санкт-Петербург протяженностью 3730 км – через 132 км, то повышение грузоподъемности судов и составов, эффективности перевозок в условиях Волжско-Камского бассейна, развитие внешнеторговых перевозок в центре России напрямую связано с обеспечением безопасности судоходства.
Проблема обеспечения необходимой управляемости судов занимает сегодня одно из важнейших мест в числе проблем повышения эффективности перевозок и безопасности плавания, что подтверждается особым вниманием, которое уделяется ей международными и национальными организациями (Международной ассоциацией классификационных обществ, Российским Морским Регистром Судоходства, Российским Речным Регистром и др.).
Увеличение количества транспортных средств при открытии Волги для иностранного флота приведет к значительному повышению плотности движения на внутренних водных путях России. Учитывая это и устойчивую тенденцию роста грузоподъемности судов и составов, вероятность возникновения аварийных ситуаций резко возрастет.
Использование поворотных насадок вместо рулей улучшило управляемость судов и составов, но недостаточно, что особенно проявляется при неблагоприятной погоде и малых скоростях движения в каналах, при шлюзовании и т.д.
Для повышения безопасности перевозок (улучшения управляемости судов) грузовые теплоходы и танкеры стали оборудоваться средствами активного управления - носовыми подруливающими устройствами. Носовые подруливающие устройства, установленные на крупнотоннажных грузовых судах, при движении в порожнем состоянии оказались малоэффективны из-за их малой мощности.
Анализ показывает, что строительство в последние годы новых грузовых теплоходов с увеличенной мощностью главных силовых судовых установок незначительно улучшает управляемость при эксплуатации их на шлюзованных водных системах из-за существенного ограничения скорости движения в каналах и местах выполнения маневров.
В аварийных ситуациях только хорошая управляемость судна и высокая квалификация экипажа позволяют избежать навалов, ударов и различных повреждений. Даже заблаговременное торможение не исключает аварий, так как тормозной путь крупнотоннажных составов достигает 400-800 м.
Для повышения безопасности, конкурентоспособности перевозок и эффективности судоходства за счет внедрения крупнотоннажных судов и составов необходимо кардинально улучшить их управляемость за счет оснащения носовыми подруливающими устройствами соответствующей мощности.
Степень разработанности проблемы. В процессе исследования автором анализировались и использовались труды Арсеньева С.П., Басина А.М., Белоглазова В.И., Бунеева В.М., Ваганова Г.И., Васильева А.В., Веселова Г.В., Войткунского Я.И., Воронина В.Ф., Гофмана А.Д., Зачесова В.П., Захарова В.Н., Ивантера В.В., Кацмана Ф.М., Клементьева А.Н., Кожухаря В.И., Кузьмичева И.К., Лебедева Э.П., Малышкина А.Г., Минеева В.И., Павленко В.Г., Персианова В.А., Першица Р.Я., Платова Ю.И., Русецкого А.А., Рыжова Л.М., Соларева Н.Ф., Тихонова В.И., Токарева П.Н., Уртминцева Ю.Н. и др.
Значительный вклад в повышение безопасности эксплуатации крупнотоннажных судов и толкаемых составов внесли лауреат премии Совета Министров СССР, д.т.н., профессор Ваганов Г.И., лауреат Государственной премии СССР, д.т.н., профессор Рыжов Л.М., а также д.т.н., профессора Клементьев А.Н., Малышкин А.Г., Соларев Н.Ф. и др.
Вагановым Г.И. разработаны и утверждены Минречфлотом РФ инструкции по соотношению размеров составов и габаритов судового хода. Рыжовым Л.М., на основе многочисленных испытаний составов различной грузоподъемности, определены зависимости мощности главных двигателей толкача от силы ветра и водоизмещения состава.
В 70-80 годах исследования Ваганова Г.И., Рыжова Л.М. оказались весьма эффективными для внедрения на перевозках толкаемых составов грузоподъемностью до 20000 тонн на внутренних водных путях.
Вместе с тем, проблема повышения эффективности преобладала над безопасностью судоходства, не рассматривалась эксплуатация судов и составов, их управляемость на шлюзованных системах при ограниченных скоростях движения, неблагоприятных погодных условиях и при следовании в порожнем состоянии.
Из-за недостаточного внимания к проблеме управляемости порожних судов и составов, отсутствия методов и рекомендаций по повышению безопасности судоходства за счет использования подруливающих устройств оптимальной мощности потери на ликвидацию последствий аварий являются значительными, а также сдерживается внедрение на перевозках грузов более экономичных судов и составов повышенной грузоподъемности.
Практически на всех крупнотоннажных толкаемых составах до сих пор нет подруливающих устройств, и, следовательно, не обеспечивается безопасность судоходства.
Цель исследования состоит в развитии научно-методических основ определения оптимальной мощности носового подруливающего устройства, повышения безопасности и эффективности судоходства на шлюзованных водных путях.
Реализация поставленной цели вызвала необходимость решения следующих задач:
- анализ современного состояния и перспектив развития грузовых перевозок внутренним водным транспортом России;
- анализ безопасности судоходства на внутренних водных путях России;
- анализ методов расчета и требований к мощности подруливающих устройств для судов и составов;
- обоснование способа определения мощности носового подруливающего устройства для судов и составов на шлюзованных системах;
- разработка метода определения экономической эффективности оборудования судов и составов носовым подруливающим устройством;
- разработка рекомендаций по применению подруливающих устройств оптимальной мощности на судах и составах при их эксплуатации на шлюзованных системах.
Объектом исследования является грузовой (пассажирский) флот внутреннего водного транспорта России.
Предметом исследования являются способы и методы определения оптимальной мощности подруливающих устройств для транспортных судов и определения эффективности оборудования ими судов и составов.
Теоретической и методологической основами диссертационного исследования являются результаты исследований отечественных и зарубежных ученых, материалы научно-практических конференций, монографий, пособия по рассматриваемой теме, разработки ведущих мировых классификационных обществ, статистические данные.
При разработке и обосновании основных положений диссертации применялись методы: индукции и дедукции, системного, логического и сравнительного анализа, метод моделирования, метод анализа, статистические методы и др.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в развитии и совершенствовании положений по повышению безопасности и эффективности судоходства в современных условиях и заключается в следующем:
- выявлены причины снижения безопасности и эффективности судоходства на внутренних водных путях России;
- разработан универсальный способ определения мощности носового подруливающего устройства для судов и составов, работающих на шлюзованных системах, в зависимости от условий их эксплуатации;
- разработан метод оптимизации мощности подруливающих устройств в зависимости от условий перевозок и конструктивных особенностей судов;
- разработан аналитический метод определения экономической эффективности оборудования грузовых и составных теплоходов носовым подруливающим устройством в зависимости от условий эксплуатации.
Теоретическая значимость исследования состоит в развитии методических подходов к определению мощности носового подруливающего устройства и ее оптимального значения в зависимости от условий перевозок и типов судов, экономической эффективности их применения на судах и составах.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования теоретических положений, направленных на повышение безопасности судоходства и эффективности работы внутреннего водного транспорта России.
Методические материалы по определению мощности носового подруливающего устройства могут быть использованы при разработке мероприятий по повышению безопасности судоходства на водных путях и разработке требований к управляемости новых судов на стадии их технико-экономического обоснования, разработке документов Российского Речного Регистра и Российского Морского Регистра Судоходства.
Определенные аспекты диссертационного исследования могут применяться в учебном процессе при подготовке судоводителей и специалистов по эксплуатации водного транспорта.
Апробация выводов и результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международном форуме «Великие реки», XVI «Всероссийском конкурсе научных работ молодежи «Экономический рост России», научных семинарах Волжской государственной академии водного транспорта, научно-практической конференции «Прохоровские чтения».
Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в 6 опубликованных научных трудах автора, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура диссертационного исследования включает введение, три главы, заключение, библиографический список из 189 наименований, 6 таблиц, 12 рисунков, 10 приложений.
