CALCULATION OF DISPLACEMENT WITH DEADWAIGHT USAGE
Authors:
1.
Far Eastern State Technical University of Fisheries
Type:
Article
Pages:
from 55
to 61
Status:
Published
Received:
20.05.2018
Accepted:
25.05.2018
Published:
25.05.2018
Subject area:
UDK 629.12-8
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
Language:
Russian
Keywords:
vessel, displacement, deadweight, correlation, schematic design
Abstract (English):
When designing the capacity of a ship power plant, displacement is a key parameter both in calculations using the formulas of admiralty coefficients, and using diagrams of model tests. Taking into consideration physical essence of vessel displacement and deadweight, it has been assumed that there is a close correlation between them. On the basis of the analysis of 45 vessels including tankers, gas carriers, transport carriers, transport refrigerators, and 36 fishing vessels there has been carried out the analysis of correlation between deadweight and displacement. Advanced Grapher computer program has been used to reveal correlation between these two parameters, which allows to reveal correlation between two parameters using seven functions: linear, hyperbolic, logarithmic, power, exponential, indicative, and polynomial. All vessels have been divided into four groups: tankers and gas carriers, transport vessels (bulk carriers, motor ships, timber carriers, container ships), transport refrigerators, fishing fleet vessels (supertrawlers, big freezing fishing trawlers, full freezer trawlers, mid-size full freezer trawlers). For each group there was found the best correlation formula describing relation between deadweight and displacement. Following the analyses it has been stated that polynomial function is the best to describe correlation for transport vessels, and power function answers the others. Correlation coefficient values are within R = 0.962 ÷ 0.998. The dependences obtained are quite exact, so they are recommended to use in practice of schematic design of new vessels, and in preparing the final qualification papers for training area 26.00.00 "Technique and technology of shipbuilding and the water transport".
When designing the capacity of a ship power plant, displacement is a key parameter both in calculations using the formulas of admiralty coefficients, and using diagrams of model tests. Taking into consideration physical essence of vessel displacement and deadweight, it has been assumed that there is a close correlation between them. On the basis of the analysis of 45 vessels including tankers, gas carriers, transport carriers, transport refrigerators, and 36 fishing vessels there has been carried out the analysis of correlation between deadweight and displacement. Advanced Grapher computer program has been used to reveal correlation between these two parameters, which allows to reveal correlation between two parameters using seven functions: linear, hyperbolic, logarithmic, power, exponential, indicative, and polynomial. All vessels have been divided into four groups: tankers and gas carriers, transport vessels (bulk carriers, motor ships, timber carriers, container ships), transport refrigerators, fishing fleet vessels (supertrawlers, big freezing fishing trawlers, full freezer trawlers, mid-size full freezer trawlers). For each group there was found the best correlation formula describing relation between deadweight and displacement. Following the analyses it has been stated that polynomial function is the best to describe correlation for transport vessels, and power function answers the others. Correlation coefficient values are within R = 0.962 ÷ 0.998. The dependences obtained are quite exact, so they are recommended to use in practice of schematic design of new vessels, and in preparing the final qualification papers for training area 26.00.00 "Technique and technology of shipbuilding and the water transport".
Keywords:
vessel, displacement, deadweight, correlation, schematic design
vessel, displacement, deadweight, correlation, schematic design
В практике проектирования судовых энергетических установок (СЭУ) важным исходным параметром является водоизмещение судна. Этот параметр входит в формулу адмиралтейских коэффициентов при моделировании мощности энергетической установки судна [1-5]: - для мощности, подведённой к гребному винту, кВт: ; - для буксировочной мощности: ; и в формулу профессора В. В. Давыдова [2]: , где Ne - мощность, подведённая к гребному винту; Nб - буксировочная мощность; Δ - полное водоизмещение судна, т; vs - скорость судна, уз; Се, Сб, С - постоянные коэффициенты, которые определяются на номинальном режиме. При расчётах мощности СЭУ с использованием диаграмм модельных испытаний [1, 2, 5] буксировочная мощность определяется по формуле Nб = VR, где V - скорость судна; R - буксировочное сопротивление: R = 0,5ρΩ ζr ξа, где ρ - плотность воды, в которой движется судно; Ω - смоченная поверхность корпуса судна; ζr - коэффициент остаточного сопротивления корпуса судна; ξа - коэффициент надбавки на выступающие части корпуса судна. Смоченная поверхность корпуса судна определяется по формуле , где L - расчётная длина корпуса судна; d - осадка корпуса судна; B - ширина корпуса судна; δ - коэффициент общей полноты корпуса судна. Коэффициент общей полноты корпуса судна определяется по формуле . Таким образом, такой параметр, как водоизмещение судна, является важнейшим для определения мощности судовой энергетической установки при заданной скорости судна. Однако при выборе в качестве прототипа современного судна величина водоизмещения не указывается в характеристиках судна. Судостроители в качестве основных показателей своих судов приводят такие параметры, как скорость судна, дедвейт и чистую грузовместимость. По классическому определению [4] дедвейт - это величина, равная сумме масс переменных грузов судна, измеряемая в тоннах, т. е. сумма массы полезного груза, перевозимого судном, массы топлива, масла, технической и питьевой воды. Но по значению дедвейта невозможно рассчитать мощность энергетической установки, обеспечивающую заданную скорость судна. Водоизмещение Δ обычно представляют в виде двух составляющих: Δ = Δ0 + DW, где Δ0 - водоизмещение порожнем; DW - дедвейт - масса всех переменных грузов на судне, которые не относятся к водоизмещению порожнем. В водоизмещение порожнем входят: масса корпуса судна, масса оборудования, масса инвентаря, масса готовой к эксплуатации энергетической установки с запчастями и необходимым снабжением, масса остаточной воды в льялах и цистернах и т. п. Методы и результаты исследования Мы предположили, что дедвейт и водоизмещение имеют определённую взаимозависимость, т. к. чем больше грузоподъёмность и вес судна с запасами, тем больше водоизмещение. Для проверки данного предположения мы выполнили анализ взаимосвязи между дедвейтом и водоизмещением ряда судов транспортного, танкерного и промыслового флотов [6]. Данные по водоизмещению и дедвейту этих судов приведены в табл. 1. Таблица 1 Данные по значениям дедвейта и водоизмещения ряда морских судов Тип судна Дедвейт, Dw, т Водоизмещение, W, т Танкеры и газовозы Газовоз типа «Mazah» 125 600 163 922 Газовоз типа «British Emerald» 102 000 149 498 Газовоз типа «Моссовет» 55 728 78 295 Газовоз «Canter Navali» 55 728 78 295 Танкер типа «Калининграднефть» 5 873 8 913 Танкер типа «Крым» 150 000 180 000 Суда транспортного флота Сухогруз «Гамзат Цадаса» 15 145 21 380 Сухогруз «Иван Сирых» 13 950 19 725 Сухогруз «Комсомолец Казахстана» 8 230 11 770 Сухогруз «Пестово» 12 007 18 560 Сухогруз «Григорий Алексеев» 23 606 30 607 Сухогруз «Острогожск» 15 052 21 140 Т/х «Старый большевик» 8 230 11 830 Т/х «Восточный» 12 475 17 900 Т/х «Амгуэма» 9 047 14 470 Т/х «Уссурийск» 13 050 18 180 Т/х «Оренбург» 14 851 21 140 Т/х «Ованес Туманаян» 15 100 21 380 Т/х «Енисей» 7 176 12 600 Т/х «Хо Ши Мин» 12 652 18 270 Т/х «Уссурийск» 13 050 18 180 Лесовоз «Анадырьлес» 5 924 9 330 Лесовоз «Алданлес» 6 495 9 940 Лесовоз «Ангаралес» 6 432 9 930 Контейнеровоз типа Художник Сарьян 14 400 22 740 Контейнеровоз «Рубцовск» 6 600 9 930 Контейнеровоз «Павлово» 6 200 9 764 Приёмно-транспортные рефрижераторы ПТР «Охотское море» 12 500 22 100 ПТР «50 лет СССР» 11 550 19 600 ПТР «Амурский залив» 11 816 18 896 ПТР «Остров Русский» 10 200 15 719 ПТР «Карл Либкнехт» 8 202 15 111 ПТР «Алмазный берег» 9 600 16 851 ПТР «Комсомолец Приморья» 9 400 16 600 ПТР «Прибой» 8 750 15 500 ПТР «Камчатские горы» 9 550 15 730 ПТР «Ахтарский лиман» 6 560 10 720 ПТР «Ветер» 5 220 9 120 ПТР «Сибирь» 5 170 9 800 ПТР «Севастополь» 4 230 8 970 ПТР «Тарханск» 5 816 10 010 ПТР «Бухта Русская» 4 910 9 510 ПТР «Татарстан» 1 961 4 207 ПТР «Радужный» 505 1 202 ПТР «Кировец» 76 242 Суда промыслового флота Супертраулер «Наталия Ковшова» 4 501 9 539 Супертраулер «Горизонт» 3 145 7 972 Супертраулер «Спрут» 3 541 8 473 Супертраулер «Антарктида» 2 578 8 066 Супертраулер «Моонзунд» 3 459 9 260 Тунцеловная база «Ленинский луч» 3 056 7 160 БМРТ «Прометей» 2 117,2 5 367,6 БМРТ «Пулковский меридиан» 1 904 5 720 БМРТ «Иван Бочков» 1 759 4 947 БМРТ «Алтай» 2 490 6 470 БМРТ «Грумант» 2 570 5 560 БМРТ «Рембрандт» 2 560 5 684 БМРТ «Лесков» 1 378 3 678 БМРТ «Маяковский» 1 460 3 800 БМРТ «Пионер Латвии» 1 144 3 676 БМРТ «Кронштадт» 1 182 3 800 Окончание табл. 1 Тип судна Дедвейт, Dw, т Водоизмещение, W, т БМРТ «Лучегорск» 1 150 3 725 РТМ «Атлантик» 1 150 3 362 РТМ «Атлантик-II» 1 213 3 382 НИС «Атлантик 833» 617 2 508 НИС «Эврика» 1 025 3 416,5 НИС «Академик Книпович» 1 383 3 870 НИС «Одиссей» 1 070 3 875 НИС «Гидронавт» 256 1 263 УТР «Николай Зыцарь» 4 390 8 996 УПС «Пеленгатор» 2 498 5 560 УС пр.1361У 191 1 225 РТМ «Аталантик-333» 772 2 508 ТСМ «Орлёнок» 663 1 767 СРТМ «Железный поток» 394 1 192 СРТМ «Василий Яковенко» 400 1 220 СРТМ «Ольга» 300 992 СРТР «Баренцево море» 535 1 940 СРТР «Саргасса» 309 963 СТР «Альпинист» 341 1 202 СТР «Надёжный» 208 781 Все суда были разделены на четыре группы: 1) танкеры и газовозы; 2) суда транспортного флота (сухогрузы, теплоходы, лесовозы, контейнеровозы); 3) приёмно-транспортные рефрижераторы; 4) суда промыслового флота (супертраулеры, большие морозильные рыболовные траулеры (БМРТ), рыболовные траулеры морозильники (РТМ), средние рыболовные траулеры морозильники (СРТМ). С помощью программы Advanced Grapher [7] мы проанализировали возможные формулы взаимосвязи дедвейта и водоизмещения: линейная (y = ax + b), гиперболическая (y = a/x + b), логарифмическая (y = aln(x) + b), степенная (y = axb), экспоненциальная (y = aexp(bx)), показательная (y = abx), полиномиальная (y = b + a1x + a2x2 + a3x3 + … + anxn). Для каждой группы судов была принята формула, наилучшим образом описывающая взаимосвязь дедвейта и водоизмещения. По результатам выполненного анализа получены формулы взаимосвязи дедвейта и водоизмещения исследуемых судов. Формулы и значения коэффициентов корреляции R для каждой формулы представлены в табл. 2. Таблица 2 Расчётные корреляционные формулы взаимосвязи дедвейта (DW) и водоизмещения (Δ) и значения коэффициентов корреляции для разных типов судов Тип судна Формула Коэффициент корреляции Танкеры и газовозы Δ = 2,388 ∙ DW 0,9416 0,998 Приёмно-транспортные рефрижераторы Δ = 5,40 ∙ DW0,875 0,997 Суда транспортного флота Δ = -1,4255∙10-5 ∙ DW2 + 1,627 ∙ DW + 169 0,990 Суда промыслового флота Δ = 11,695 ∙ DW0,8048 0,962 Графики, рассчитанные по полученным формулам, и экспериментальные значения приведены на рис. 1, 2. Рис. 1. Взаимосвязь дедвейта и водоизмещения для танкеров и газовозов Рис. 2. Взаимосвязь дедвейта и водоизмещения для судов транспортного флота, приёмно-транспортных рефрижераторов и судов промыслового флота Значения коэффициента корреляции находится в пределах R = 0,962-0,998, т. е. он достаточно высок. Как видно из рис. 1 и 2, все точки на графике достаточно плотно группируются вокруг подобранных линий для судов всех типов. Это свидетельствует о хорошем совпадении расчётных зависимостей с исходными данными. Однако следует иметь в виду, что приведённые в табл. 2 зависимости применимы при следующих значениях дедвейта: - для танкеров и газовозов: 4 600-150 000 т; - для приёмно-транспортных рефрижераторов: 76-12 500 т; - для судов транспортного флота: 5 924-23 606 т; - для судов промыслового флота: 208-4 501 т. При других значениях дедвейта использовать формулы из табл. 2 следует с осторожностью. Для определения размерений нового судна можно воспользоваться масштабным множителем, основываясь на данных размерений судна-прототипа и его водоизмещения. Масштабный множитель для расчётных размерений [1, 2]: , где Δ - водоизмещение проектируемого судна; Δ0 - водоизмещение судна-прототипа с известными размерениями. Тогда L = L0λ; В = В0λ; d = d0λ. Заключение Зависимости водоизмещения от дедвейта для танкеров и газовозов, приёмно-транспортных рефрижераторов и судов промыслового флота наилучшим образом аппроксимируются степенной зависимостью, для транспортных судов - полиномом второй степени. Полученные зависимости достаточно точны, поэтому можно рекомендовать их к использованию в практике эскизного проектирования новых судов, в том числе и при выполнении выпускных квалификационных работ для направления подготовки 26.00.00 «Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта».
1. Voytkunskiy Ya. I. Spravochnik po teorii korablya. L.: Sudostroenie, 1985. 768 s.
2. Ashik V. V. Proektirovanie sudov. L.: Sudostroenie, 1985. 318 s.
3. Smirnov M. N. Opredelenie moschnosti SEU // Molodoy uchenyy. 2017. № 4 (138). S. 44-49. URL: https://moluch.ru /archiol/ 138/38811/ (data obrascheniya: 11.12.2017).
4. Morskoy enciklopedicheskiy spravochnik. V 2-h t. / Pod red. akad. N. N. Isanina. L.: Sudostroenie, 1987. 1040 s.
5. Sobolenko A. N., Simashov R. R. Sudovye energeticheskie ustanovki: diplomnoe proektirovanie: ucheb. posob. M.: Morkniga, 2015. Ch. I. 428 c.
6. Flot rybnoy promyshlennosti: sprav. tipovyh sudov. M.: Transport, 1990. 385 s.
7. Advanced Grapher - prilozhenie, kotoroe ispol'zuetsya dlya raboty s razlichnymi grafikami. URL: http://all-freeload.net/obrazovanie/1700-advanced-grapher (data obrascheniya: 13.12.2017).
