Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор конструкций и методов расчета устройств, обеспечивающих микроклимат на судоремонтных и удостроительных объектах 11
1.1. Ветрозащитные закрытия 12
1.1.1. Конструкции ветрозащитных закрытий 12
1.1.2. Классификация ветрозащитных закрытий 20
1.1.3. Методики расчета функциональных параметров ветрозащитных закрытий 22
1.2. Закрытия судна, стоящего в доке, от осадков 25
1.2.1. Конструктивные схемы крыш доков 26
1.2.2. Конструкции локальных укрытий борта судна от осадков 34
1.2.3. Расчет элементов крыш доков и локальных укрытий борта судна от осадков 37
1.3. Устройства для создания микроклимата на участке корпуса судна доке 40
1.3.1. Конструкции укрытий для создания микроклимата на участке корпуса судна в доке 40
1.3.2. Расчеты элементов укрытий для создания микроклимата на участке корпуса судна в доке 47
1.4. Вкладные мягкие емкости для обеспечения плавучести понтонов плавучих доков 47
1.5. Цель и главные задачи работы 48
2. Разработка показателей качества устройств, беспечивающих микроклимат и благоприятные словия труда на судоремонтных и удостроительных объектах 50
2.1. Методика оценки качества и технического уровня устройств,обеспечивающих микроклимат и благоприятные условия труда на судоремонтных и судостроительных объектах 50
2.2. Показатели качества и коэффициенты весомости устройств, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат
2.3. Расчет количественных значений показателей 57
2.4. Выводы 66
3. Исследования ункциональных ачеств ягкооболочечных проницаемых ветрозащитных кранов 67
3.1. Воспроизведение качественной картины ветрового потока за экраном
3.2. Измерения скоростей ветровых потоков за проницаемым ветрозащитным экраном
3.3. Анализ экспериментальных результатов. Пересчет модельных результатов на натуру
3.4. Натурные испытания ветрового потока за ветрозащитным экраном в доке
3.5. Разработка принципиальных схем ветрозащитного закрытия причала
3.6. Выводы 99
4. Расчет элементов локальных мягкооболочечных укрытий и оценка их функциональных качеств 100
4.1. Расчет несущей способности пневмопанельных элементов локальных укрытий
4.1.1. Особенности свойств и расчетные схемы пневмопанельных несущих элементов локальных укрытий
4.1.2. Уравнения равновесия плоского аэромата 106
4.1.3. Расчет несущей способности плоских пневмопанельных элементов локальных укрытий 113
4.2. Оценка функциональных качеств несущих пневмопанельных элементов локальных укрытий 120
4.3. Расчет параметров пневматического уплотните л ыюго бурта 125
4.4 Выводы 128
5. Влияние цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек, на начальную остойчивость плавающего объекта 129
5.1. Поперечные наклонения отсека с мягкой емкостью, заполненной жидкостью 129
5.2. Продольные наклонения отсека с мягкой емкостью, заполненной жидкостью 139
5.3. Поперечные и продольные наклонения затопленного отсека с мягкой емкостью, заполненной газом 148
5.4. Выводы 153
Заключение 154
Список литературы
- Методики расчета функциональных параметров ветрозащитных закрытий
- Показатели качества и коэффициенты весомости устройств, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат
- Измерения скоростей ветровых потоков за проницаемым ветрозащитным экраном
- Особенности свойств и расчетные схемы пневмопанельных несущих элементов локальных укрытий
Введение к работе
Загрузка судоремонтных предприятий Дальневосточного региона России, многие из которых являются градообразующими, в условиях рыночных отношений является важной социально-экономической задачей. Привлечение судовладельцев на отечественные судоремонтные базы во многом определяется качеством предоставляемых услуг при оптимизации их стоимости. Значительную долю в текущем ремонте судов составляет доковый ремонт. При производстве докового ремонта судов в климатических условия Дальнего Востока России с большой продолжительностью периодов низких температур, повышенной влажности, сильных ветров приходится заниматься защитой доков от ветра, корпусов судов от осадков, создавать микроклимат в рабочих зонах. Поиск и реализация эффективных технических, технологических и организационных решений защиты доков от неблагоприятных климатических условий, которые бы при доковом ремонте судов не снизили качество всех технологических операций и не привели к удорожанию ремонтных работ, смогли бы продлить срок службы доков, является актуальной задачей.
Опыт применения мягкооболочечных конструкций показал эффективность их использования в качестве элементов укрытий, защищающих плавучие доки от ветра, осадков, создающих закрытые зоны для организации микроклимата. Уникальные свойства мягких оболочек, такие как легкость, трансформация и управление формой, технологичность изготовления и возведения, стойкость к атмосферным воздействиям, негорючесть, позволяют создать широкий набор вспомогательных конструкций для докового ремонта судов. Использование современных высокопрочных эластичных материалов и современных сварных технологий их соединения делают возможным эффективно применять мягкообол очечные конструкции в качестве уплотни-тельных элементов, несущих элементов конструкций укрытий с большим производственным циклом применения, вкладных емкостей для обеспечения плавучести и остойчивости крупных объектов.
Вместе с тем выбор оптимальных параметров мягкооболочечных конструкций укрытий, предназначенных для создания благоприятных климатических условий в доках, сдерживается отсутствием единого методологического подхода и простых методик расчета и выбора таких конструкций. Отсутствие комплексного подхода к оснащению доков вспомогательными мяг-кооболочечными конструкциями осложняет выбор эффективных и долговечных конструкций.
Наиболее эффективными ветрозащитными устройствами доков являются проницаемые мягкооболочечные экраны, создающие восходящий поток за собой и обеспечивающие за счет этого улучшенные ветрозащитные качества. Однако систематических исследований аэродинамических свойств этих, хорошо зарекомендовавших себя проницаемых мягкооболочечных ветрозащитных экранов с улучшенными ветрозащитными качествами, не проводилось. Также не выполнялось сравнительного анализа совокупности свойств ветрозащитных экранов различных конструкций. Это не позволяет проектировать на их основе ветрозащитные устройства любых размеров, тормозит расширение областей использования таких экранов для решения других задач, например, защиты от ветра открытых рабочих площадок судоремонтного и судостроительного производства, грузовых терминалов, складских площадок, транспортных магистралей.
Пневмопанельные конструкции позволяют создать модули локальных укрытий управляемой формы, обеспечивая надежные укрытия на участках корпуса судна со сложной геометрией. Кроме того, пневмопанельные конструкции одновременно создают хороший теплоизолирующий эффект. Это позволяет обеспечить комплексный подход к решению задачи создания микроклимата у борта судна в доке. Однако отсутствие простых методик расчета несущей способности пневмопанельных конструкций, критериев выбора наиболее эффективных устройств и технологий их использования в судоремонтных операциях составляет актуальную нерешенную задачу.
7 Защита борта судна в доке от осадков при нанесении лакокрасочных
покрытий остается также нерешенной задачей. Применение уплотнительных конструкций многоразового использования требует разработки методик выбора оптимальных параметров мягкооболочечиых элементов и является также важной нерешенной задачей.
Появившиеся в настоящее время высокопрочные мягкие материалы позволяют реально ставить задачу о применении вкладных мягких емкостей для ремонта доковых понтонов с большим сроком эксплуатации. Однако помимо технологических вопросов реализации такого инженерного решения, требуется разрешить ряд теоретических вопросов расчета параметров вкладных емкостей.
Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что получены следующие результаты:
разработаны критерии качества и методика выбора конструкций, которые позволяют комплексно решить проблему улучшения условий труда на судоремонтных и судостроительных объектах.
выявлены закономерности получения увеличенной ветровой тени за проницаемым ветрозащитным экраном.
разработаны методики выбора пневмопанельных конструкций в качестве несущих элементов локальных укрытий борта судна от осадков в доке, основанные на упрощенных расчетах их несущей способности.
разработана методика выбора параметров мягкооболочечного уп-лотнительного устройства, защищающего борт судна от проникновения осадков;
разработаны упрощенные методики расчета параметров вкладных мягких емкостей, обеспечивающих восстановление плавучести понтонов плавучих доков.
Практическая ценность работы состоит в разработке методики выбора эффективного комплекса вспомогательных конструкций для защиты судна в
8 доке от неблагоприятного воздействия окружающей среды на основе показателей качества устройств.
Полученные в результате экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном составляют основу практических методик проектирования ветрозащитных устройств различного назначения.
Разработанные методики расчета элементов локальных укрытий судна от осадков и низких температур, позволяют осуществлять выбор их оптимальных параметров при проектировании.
Разработанные методики численного расчета параметров вкладных мягких емкостей позволяют осуществить проектирование технологии ремонта потерявших герметичность понтонов дока с помощью вкладных емкостей.
В первой главе диссертации произведен обзор конструкций, обеспечивающих закрытие от ветра, укрытие от осадков и создание микроклимата у борта судна стоящего в доке, а также рассмотрены методы расчета и экспериментальные исследования имеющихся устройств. На основе произведенного анализа разработана классификация ветрозащитных устройств и сформулирована цель работы, которая заключается в разработке методики выбора наиболее эффективных конструкции для защиты объектов от ветра, укрытия от осадков и создания особых микроклиматических условий.
Поставлены следующие главные задачи:
разработать показатели качества для каждого типа устройств и определить значения коэффициентов весомости каждого из показателей;
экспериментально определить ветрозащитные свойства мягкооболочеч-ного проницаемого экрана, изменяющего направление потока и предложить методику определения параметров ветровой тени за натурным объектом;
используя расчетные модели и уравнения равновесия ПИК, разработать методику определения допустимых нагрузок для пневмопанельных элементов укрытий от осадков;
- для локальных укрытий разработать методику оценки уплотнительных
качеств конструкции в месте прилегания к объекту (борту судна);
- разработать упрощенную методику определения параметров мягких ем
костей, вложенных в отсек — понтон плавучего дока для восстановления
его герметичности.
Вторая глава посвящена разработке методики оценки качества и технического уровня конструкций, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат на объектах судоремонта и судостроения. Оценка производится по величине комплексного показателя качества на основе методов ква-лиметрии. Предложены показатели качества ветрозащитных устройств, устройств по защите от осадков и созданию микроклимата. Разработаны коэффициенты весомости каждого из показателей для выше перечисленных конструкций.
Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям мягкооболочечного проницаемого экрана, изменяющего направление потока за собой вверх и за счет этого улучшающего ветрозащитные качества экрана. Экспериментальные исследования производились с целью определения функциональных показателей ветрозащитного устройства, т.е. протяженности и высоты ветровой тени за экраном. Введены понятия ветровой тени и зоны комфортности. Получена зависимость величины зоны комфортности в горизонтальном и вертикальном направлении от высоты мягкооболочечного проницаемого ветрозащитного экрана. Результаты эксперимента использованы при проектировании ветрозащитного экрана в порту Восточный для закрытия экологического причала МАП от техногенного воздействия угольной пыли.
В четвертой главе описаны расчетные схемы пневмопанельных конструкций (ПШС), применяемых для укрытия борта судна от осадков и создания микроклиматических зон, обеспечивающих технологический процесс ремонта. Проанализированы особенности поведения ППК под нагрузкой. Разработана методика определения допустимых нагрузок на ППК, как основных ко-
10 личественных показателей для оценки технического совершенства конструкций из пневмопанелей. Для локальных укрытий разработана методика оценки параметров уплотнитель!іьіх элементов, выполненных на основе пневматического бурта прилегающего к борту судна за счет избыточного давления воздуха в нем.
В пятой главе разработана методика численного определения параметров мягких вкладных емкостей, вложенных в прямоугольный отсек. В частности, рассмотрено влияние цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек, на начальную остойчивость плавающего объекта. Рассмотренные задачи дополняют ряд решенных ранее другими авторами задач для вкладных мягких емкостей и обеспечивают теоретическую основу реализации технологии ремонта потерявших герметичность понтонов плавучих доков вложением в них мягких емкостей.
В заключении приводятся результаты, полученные в диссертации.
Работа содержит 165 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 14 фотографий, 8 таблиц. Список использованных источников составлен из 101 наименования.
Диссертационная работа выполнена на кафедре теории и устройства судов Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского.
Методики расчета функциональных параметров ветрозащитных закрытий
Основными функциональными параметрами ветрозащитных закрытий являются размеры ветровой тени. Форма пространства, в котором скорости ветрового потока значительно отличаются от скоростей за его пределами, также может быть определяющим фактором для выбора конструкции экрана. В частности при необходимости создать защиту для относительно высоких объектов при помощи невысоких ветрозащитных экранов необходимо использовать экраны с повышенными ветрозащитными качествами.
Анализ литературных источников показал, что для определения параметров ветровой тени исследователями использовались как теоретические, так и экспериментальные методы.
Теоретические исследования в области вихревого и безвихревого обтекания твердых тел, в том числе и плоских пластин потоком жидкости, описаны в работах Г.Н. Абрамовича [1], Л.И. Седова [79], Н.Е. Кочина, И.А. Кибеля, Н.В. Розе [55]. Математические модели взаимодействия с потоком жидкости при различных условиях обтекания плоских твердых тел изложены в работах М.А. Лаврентьева, Б.В. Шабата [56]. Но, несмотря на значительный арсенал математических средств, применяемых в гидроаэродинамике и использование электронной вычислительной техники, теоретические исследования дают возможность только приближенно оценить явления и процессы и получить количественный результат при обтекании твердых тел. Поэтому основным направлением в изучении обтекания различных преград и ветрозащитных устройств является эксперимент.
Экспериментальные исследования закрытия внутридокового пространства от ветра, были проведены на Рижском СРЗ В.В. Гамалеевым и Э. В. Озолинем [34]. Они провели серию опытов по продувке модели дока с судном в аэродинамической трубе. Конкретные задачи эксперимента заключались в получении характеристик ветрового потока в определенных сечениях внутридокового пространства при различных вариантах противо-ветровой защиты. В качестве моделей противоветровой защиты были использованы металлические пластины различной формы и высоты. Результаты испытаний показали, что защитное влияние носовой торцевой стенки распространяется примерно до 50% длины дока, а установка носовой и кормовой стенок уменьшает на 30-60% скорость воздушного потока в междубашенном пространстве. Эти результаты были подтверждены испытаниями, проведенными в Калининградском высшем инженерном морском училище МРХ [75] под руководством А.Б. Литвина.
В 1975-76 гг. в ЛЕНМОРНИИПРОЕКТе [54] осуществлены более масштабные исследования эффективности ветрозащиты плавучих доков. В отличие от предыдущего исследования модель обдувалась как с носа, так и с кормы. Для возможности распространения результатов исследований на плавучие доки любых типоразмеров модель была обобщенной и охватывала серийные доки различных типоразмеров. В качестве ветрозащитных закрытий использовались следующие варианты устройств: сплошные торцевые закрытия в сочетании с ветроотбойниками, расположенными в верхней части дока, не доходящими до стапель-палубы; сплошные торцовые закрытия в сочетании с горизонтальным закрытием, установленным между башней дока и бортом судна в его цилиндрической части на высоте топ-палубы; перфорированные торцовые закрытия и сочетание сплошного и перфорированного закрытий. Анализ результатов продувок выполнялся путем сравнения кривых относительных скоростей воздушного потока по длине дока на высоте 1,5 м от стапель-палубы в зависимости от направле ния набегающего потока, типов ветрозащитных устройств и компоновки их на доке.
Целесообразно остановиться на основных выводах сделанных авторами этих испытаний: носовое и кормовое торцовые сплошные ветрозащитные устройства в сочетании с горизонтальными закрытиями, установленными на уровне топ-палубы между бортами судна, снижают скорость ветра в междубашеннном пространстве по сравнению с одними торцовыми закрытиями почти в 2 раза, выравнивая по всей длине дока; при наличии проницаемых торцовых закрытий эффективность ветрозащиты по сравнению со сплошными устройствами возрастает более чем в 1,5 раза и при этом достигается плавное гашение скорости ветра по всей длине дока, причем эффективность такого решения выше при наличии отверстий только в закрытии с наветренной стороны.
Интересны с точки зрения ветрогашения исследования, проведенные японскими учеными при разработке мероприятий по защите открытых угольных складов от ветровой эрозии [88]. В результате испытаний в аэродинамической трубе различных ветрозащитных заграждений было установлено, что большое влияние на эффект замедления скорости ветра оказывает проницаемость заграждения, а именно коэффициент защиты (экранирования). Под этим коэффициентом подразумевается отношение (в %) цельной площади (цельная площадь равна площади проекции на вертикальную плоскость минус площадь пустот) к площади проекции. Наиболее эффективно работают заграждения с коэффициентом экранирования равным 60-70 %.
Показатели качества и коэффициенты весомости устройств, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат
Анализ конструкций, проведенный в главе 1, показал, что показатели качества устройств для защиты от ветра, от осадков и локальных укрытий рабочих зон одинаковы за исключением показателей функциональности.
Количественная оценка эксплуатационных, технологических, экономических и других показателей (табл. 2.2) не представляет особой сложности, идентична для всех указанных выше типов устройств и рассматривается в пункте 2.3. настоящей главы.
Определение же показателей функциональности конструкций, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат рабочих зон, требует особого внимания.
Прямое назначение ветрозащитных устройств состоит в закрытии между башенного пространства дока от внешнего ветрового потока, т.е. за ветрозащитой должна создаваться зона затишья или зона значительного уменьшения скорости ветра. Поэтому, в качестве показателя назначения (функциональности) таких устройств, принимаем зону ветровой тени. Геометрически зона ветровой тени характеризуется протяженностью в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Разработанные показатели качества и их коэффициенты весомости для ветрозащитных закрытий представлены в табл. 2.2.
Для закрытий борта судна от осадков исходным моментом при проектировании является действующая нагрузка. Согласно [53] при расчете таких устройств необходимо учитывать собственный вес, снеговую и ветровую нагрузки. Так как практическое применение укрытий от осадков возможно, как правило, в составе комплекса устройств, включающий ветрозащиту дока, то ветровую составляющую при оценке расчетной нагрузки на устройство можно не учитывать.
В качестве одного из показателей функциональности для устройств по защите пространства между бортом судна и башней дока, необходимо считать несущую способность конструкции.
Под несущей способностью жесткой конструкции будем понимать такую нагрузку, при которой происходит существенное изменение ее формы или ее разрушение. При этом устройство не выполняет (не эффективно выполняет) свое функциональное предназначение. Для пневмопанельных (надувных) конструкций термин «несущая способность» сформулирован в главе 4 на основании теории расчета ППК [39].
Наличие различных вариантов и схем размещения ремонтируемых судов, а также широкий диапазон форм и габаритных размеров докуемых объектов, диктуют требования к унификации устройств укрытия от осадков для одного и того же плавучего дока. То есть устройства должны быть спроектированы таким образом, чтобы, по возможности, их можно было использовать для всех типов судов ремонтируемых в данном доке и различных схем расположения на стапель палубе.
Целесообразно вторым показателем функциональности при оценке качества устройств по защите от осадков принять степень унификации. Под степенью унификации в данном случае понимается соотношение количества типов судов или схем их размещения в доке, для которых может быть использована проектируемая конструкция, к общему количеству возможных вариантов постановки судов в данный док.
Локальные укрытия рабочих зон это конструкции, позволяющие не только обеспечить укрытие от атмосферных осадков, но и поддерживать определенные микроклиматические условия, необходимые для технологического процесса ремонта судна в доке. Поэтому, кроме несущей способности и возможности использования для различных типов судов и схем их постановки такие конструкции должны обладать хорошими теплоизоляционными свойствами.
Исходным пунктом для расчета системы обогрева является определение теплопотерь; эти теплопотери должны компенсироваться подачей нагретого воздуха. Количество потерянного тепла, отдаваемого средой с более высокой температурой среде с более низкой температурой через ограждение или изоляцию, зависит от площади поверхности, через которую происходит теплопередача, и сопротивления этой поверхности теплопередачи [91].
Для оценки изоляционных свойств локальных укрытий, как одного из основных функциональных показателей таких устройств, принят показатель - термическое сопротивление.
В табл. 2,3. представлены показатели назначения (функциональности) ветрозащитных закрытий, закрытий от осадков, локальных укрытий рабочих зон и их коэффициенты весомости.
Расчет количественных значений показателей Показатели функциональности ветрозащитных устройств 1.1 и 1.2 (табл.- 2.2) определяются по натурным или модельным испытаниям V конкретных конструкций. При этом данные, полученные в [30], [54], дают возможность оценить длину и высоты ветровой тени только для непроницаемых устройств, выполненных из жестких материалов. С достаточной точностью можно считать, что длина ветровой тени 1 для таких ветрозащит лежит в пределах (1 - 4) h, где h - высота защиты. Для жестких проницаемых и сетчатых конструкций 1 = (3 — 6) h. Применение мягкооболочечной проницаемой конструкции (рис. 1.7 - 1.8) дает к- возможность увеличить длину тени до 8h и более (см. главу 3).
Измерения скоростей ветровых потоков за проницаемым ветрозащитным экраном
Традиционно под аэродинамическим качеством обтекаемого тела понимаются отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления или отношение соответствующих аэродинамических коэффициентов [63]. Под аэродинамическими качествами ветрозащитного экрана здесь подразумевается размер ветровой тени за экраном и степень снижения скорости потока в тени.
В настоящей главе исследуются аэродинамические качества проницае , мого ветрозащитного экрана, состоящего из эластичных клапанов.
Проницаемые экраны более эффективны с точки зрения ветрогашения и создания ветровой тени за экраном [54]. Одним из вариантов проницаемых ветрозащитных экранов является конструкция из металлических перфорированных щитов с коэффициентом экранирования (отношение общей площади щита к площади щита с учетом отверстий) порядка 60-67%. В составе комбинированного укрытия угольного терминала [88] перфорированные щиты обеспечивают зону снижения скорости ветра до 15 высот стенки. Устройства хорошо снижают скорость ветрового потока, но имеют высокую себестоимость, дороги в эксплуатации и не технологичны для установки на плавучих доках.
Другим вариантом проницаемого экрана является устройство, состоящее из нескольких полотнищ капроновой сети, имеющих в сечении шатрооб-разную форму. Воздушный поток при порывах ветра любой силы теряет скорость, проникая через слои полотнища, вследствие разрушения целостности потока. За полотнищами ветер имеет скорость близкую к нулю, нет срыва потока с верхней кромки экрана. При эксплуатации такого устройства имеются сложности при его установке и снятии, а также при проведении огневых работ вблизи защиты,[60]
Конструкция проницаемого ветрозащитного экрана с использованием эластичных (мягких) клапанов, описанная в главе 1, учитывает недостатки выше перечисленных устройств и обладает наиболее эффективными ветрозащитными качествами, имеет небольшую массу, себестоимость, проста и надежна в эксплуатации [65].
Проницаемые клапаны экрана Для исследования аэродинамических характеристик и разработки методики оценки ветровой тени в зависимости от высоты проницаемого экрана были проведены две серии испытаний: качественные испытания лабораторного макета и испытания макета с замерами поля скоростей на специальной установке.
Качественные испытания проводились с целью получения картины поля скоростей за испытываемым проницаемым экраном в сопоставлении с картинами, возникающими без установки экрана и при установке непроницаемого экрана. В исследуемом пространстве за экраном была установлена модель судна. Высота экранов в сопоставлении с размерами модели судна соответствовала реальному соотношению геометрических размеров высоты башни плавучего дока и судна, стоящего в доке на всей его длине. Картина поля за экранами создавалась системой флажков и фиксировалась с помощью фотосъемки. Ветровой поток создавался вентилятором с диаметром крыльчатки в 1,2 раза больше высоты испытываемых экранов. Вентилятор устанавливался перед экраном на расстоянии трех высот экранов.
На рис. 3.2, 3.3 и 3.4 показаны картины полей скоростей в имитируемом доковом пространстве на не защищенном никаким экраном и защищенном проницаемым экраном, состоящим из клапанов.
Особенности свойств и расчетные схемы пневмопанельных несущих элементов локальных укрытий
Замеры проводились в ноябре 2001 г. Инициирующая скорость ветра замерялась на высоте двух метров от топ-палубы дока и составила 10,34 м/с. Направление ветра - север, северо-запад, что практически совпадало с плоскостью симметрии дока в продольном направлении (рис. 3.25). Численное значение скорости в каждой точке определялось как среднее арифметическое по результатам 10 измерений.
Согласно графику 3.24 при высоте ветрозащитного экрана 10 м зона комфортности, в которой скорость ветра не превышает 3.5 м/с, должна наблюдаться на протяжении 60 м по длине дока и от 10 до 18 м по высоте при условии совпадения направления ветра с диаметральной плоскостью дока.
Результаты измерений показаны на рис. 3.27, где уровень 2м, уровень 6м и уровень 8м — это расстояния от стапель-палубы до точки замера.
Из рис. 3.27 видно, что скорость ветра в доке за ветрозащитным экраном не превышает 3.5 м/с, что является подтверждением наличия зоны комфортности в пределах, полученных с помощью эксперимента.
Полученные в ходе исследования результаты аэродинамических характеристик проницаемых ветрозащитных экранов были использованы для разработки принципиальной схемы ветрозащитного экрана причальной стенки в порту Восточный. Работа выполнялась по заказу Морской администрации порта Восточный [52], [76] с целью защиты причальной стенки вспомогательного флота от насыщенных угольной пылью ветровых потоков.
Практически все объемы углей в Восточном порту перегружаются на специализированной установке - углеперегрузочном комплексе (УПК). УПК предназначен для приема угля, прибывающего в полувагонах, кратковременного его хранения в порту и отгрузки в морские суда. УПК включает в себя склад для хранения угля, состоящий из двух площадок длиной 730 м и шириной 45 м каждая. Вместимость склада 289 тыс.т.
Согласно исследованиям, проведенным Южным научно-исследовательским проектно-конструкторским институтом морского флота (ЮжНИИМФ) под руководством В.А. Чикановского наиболее интенсивным источником загрязнения атмосферы являются открытые штабеля угля, подверженные ветровой эрозии [81].
Причиной образования и рассеивания угольной пыли из открытого штабеля служит ветер. Величина частиц рассеивающейся угольной пыли пропорциональна скорости ветра, возведенной во вторую степень, а количество рассеивания пропорционально скорости ветра возведенной приблизительно в четвертую степень. Поэтому путем подавления скорости ветра можно ограничить пьтлеобразование и значительно уменьшить количество рассеивания [81], [88].
В качестве мер по устранению этих недостатков издавна применяется способ опрыскивания водой или покровным химическим составом. Однако за последние годы дополнительно к этому мероприятию стали применять различные ветрозащитные ограждения, что оказалось более эффективно.
Многообразие ветрозащитных конструкций ставит вопрос о выборе наиболее эффективного устройства по функциональным признакам (длины и высоты ветровой тени) и экономическим соображениям.
Поставленная задача несколько отличается от задачи закрытия торца плавучего дока от ветра, так как имеет своей целью еще и собрать множественные мелкодисперсные частички угольной пыли. Для ее решения предложены и проанализированы конструкции непроницаемых, проницаемых и комбинированных экранов из мягких оболочек.
Непроницаемые экраны выполняются из тканей в виде сплошных полотнищ, закрепляемых на опорах. Проницаемые экраны имеют на поверхности экрана щелевые отверстия, пропускающие набегающий поток воздуха и изменяющие его направление. Комбинированные экраны составлены из двух видов полотнищ - проницаемых и непроницаемых. Необходимые соотношения площадей этих видов полотнищ в экране устанавливаются опытным путём или расчётом по критериям эффективности ветрозащитных экранов.
На основе зависимости протяженности зоны комфортности за проницаемым мягко обо лочечным экраном, (рис.3.24) полученной экспериментальным путем и проверенной на натурном объекте (плавучем доке грузоподъемностью 83400 кН), произведен выбор предполагаемого места установки устройства. Ориентация экрана относительно сторон света выбрана в соответствии со среднегодовой розой ветров данной местности (табл. 3.2) [81].
В предполагаемом месте установки ветрозащиты (рис. 3.28) были взяты пробы фунта [52] и произведен выбор и расчет вантовых и ферменных конструкций, необходимых для установки экрана в рабочее положение.
Проект выполнен для двух вариантов закрытий. Первый включает в себя полное укрытие причала на всем его протяжении, второй вариант - макет ветрозащитного экрана, предназначен для частичного закрытия экологического причала МАП Восточный.
