Прикладные аспекты совершенствования конструктивных элементов морских геофизических научно-исследовательских судов
На правах рукописи
Мохов Григорий Витальевич
ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОРСКИХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ СУДОВ
Специальность 05.22.19 - эксплуатация водного транспорта, судовождение
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Ковальчук В. В.
Мурманск
2011
Работа выполнена в ФБГОУ ВПО
«Мурманский государственный технический университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Ковальчук Владимир Васильевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Никитин Владимир Семенович
кандидат технических наук, доцент Ходяков Игорь Васильевич
Ведущая организация: ООО "НИИМоргеофизика – Интерсервис"
Защита диссертации состоится "17 " ноября 2011 г. в 13 час. 00 мин. в зале заседаний диссертационного Совета К307.009.02 при Мурманском государственном техническом университете по адресу 198010, Мурманск, ул. Спортивная, 13
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ.
Автореферат размещен на сайте МГТУ www. mstu.edu.ru …октября 2011г.
Автореферат разослан " " октября 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор технических наук, доцент Власов А. Б.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений развития отечественной экономики в третьем тысячелетии является дальнейшее освоение пространств и ресурсов Мирового океана. Перспектива истощения запасов углеводородного сырья на континентальной части России ставит задачи переориентации разведки и добычи ресурсов на континентальный шельф, где разведку запасов нефти и газа ведут научно-исследовательские суда (НИС). Однако за последние десятилетия некогда многочисленный научно-исследовательский флот России существенно устарел, сократился численно и не соответствует современным техническим требованиям. Проектирование и строительство НИС в России было остановлено с началом перестройки и не возобновлено до настоящего времени, когда поставлены серьезные задачи по дальнейшему изучению и освоению Арктического шельфа России.
Исходя из этого, высокую актуальность приобретает научно-техни-ческая проблема, решение которой направлено на рассмотрение и реализацию прикладных аспектов совершенствования конструктивных элементов геофизических и других, равнозначных им по техническим характеристикам судов. Это позволит осуществлять научно-исследовательские работы по мониторингу шельфовой зоны Мирового океана на современном уровне с привлечением новых технологий, при этом модернизация – комплексная замена устаревшего оборудования с одновременным проведением работ
по необходимому усовершенствованию и ремонту судовых конструкций является первостепенной. Она необходима для продления срока службы судов и поддержания их технического состояния на современном уровне. Такая модернизация судов еще на один – два регистровых периода (5 – 10 лет) позволит продлить проведение необходимых научно-исследовательских геофизических работ по поиску углеводородов на континентальном шельфе. Эта задача остается актуальной в течение всего жизненного цикла судна (ЖЦС), особенно с учетом отсутствия строительства в настоящее время новых судов. Актуальность решения этой проблемы подтверждает то, что общий срок службы геофизических судов к настоящему времени составляет 20 и более лет, а геофизическое оборудование, которое представляет основное "вооружение" судна, усовершенствуется практически каждые 5…7 лет и требует обновления.
Решение в настоящей диссертационной работе этой проблемы позволяет обеспечить геофизические суда техническими устройствами и оборудованием в соответствие с требованиями Международных геофизических организаций, Международных конвенций МАРПОЛ 73/79 и СОЛАС и поддерживать техническое состояние этих судов на должном уровне.
Целью исследования является разработка прикладных аспектов совершенствования конструктивных элементов судов для геофизических исследований путем их модернизации.
Областью исследования являются эксплуатационно - технические характеристики и конструктивные особенности геофизических научно-исследовательских морских судов.
Объектом исследования являются геофизические и другие, подобные им по техническим характеристикам суда. При этом судно рассматривается как сложная техническая система (СТС).
Предметом исследования являются прикладные аспекты совершенствования конструктивных элементов морских геофизических судов путем их модернизации.
Содержание поставленных задач, решенных для достижения цели диссертационной работы:
- исследовать основные предпосылки модернизации геофизических судов и сформулировать основные требования, предъявляемые к современным геофизическим судам;
- обосновать возможность переоборудования рыбопромысловых судов в геофизические на основе анализа основных характеристик и их математических моделей;
- разработать методику модернизации геофизических судов и аналитически обосновать технические решения, принятые при их модернизации;
- проанализировать результаты реализации методики модернизации геофизических судов.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
- Разработанные основные требования, предъявляемые к современным геофизическим судам.
- Обоснование возможности переоборудования рыбопромысловых судов в геофизические на основе анализа основных характеристик и их математических моделей.
- Методика модернизации геофизических судов.
- Описательная модель результатов аналитического обоснования технических решений, принятых при модернизации геофизических судов.
- Описательная модель результатов реализации методики модернизации геофизических судов.
Методы исследования. При решении поставленных научных задач
в работе использовались методы системного анализа, математической статистики, подбора функций, морфологической матрицы расчета основных характеристик судов и их конструкций на основе установленных закономерностей. Применение указанных в работе методов проводилось с использованием программного продукта Curve Expert 1.4, а также разработанного специализированного программного обеспечения.
Научная новизна. Научную новизну работы определяют следующие положения:
- Обобщены, разработаны и сформулированы основные современные требования к геофизическому судну.
- Доказано подобие основных характеристик геофизических и рыбопромысловых судов, которое обеспечивает возможность модернизации рыбопромысловых судов для использования их в качестве геофизических с наименьшими затратами.
- Разработаны математические модели для геофизических и рыбопромысловых судов по их эмпирическим данным, определяющие зависимости:
- длины судна от водоизмещения (далее – ЗДВ);
- ширины судна от водоизмещения (далее – ЗШВ);
- осадки судна от водоизмещения (далее – ЗОВ);
- мощности судна от водоизмещения (далее – ЗМВ).
- Произведены расчеты конструкций, используемых при модернизации геофизических судов, подтверждающие ее безопасность и целесообразность.
- Разработана методика модернизации геофизических судов;
- Разработаны описательные модели результатов модернизации геофизических судов пр. В-93, 650, 3870.
Достоверность результатов проведённого исследования обеспечивается использованием системного подхода, корректным применением указанных в работе методов, а также качественным и количественным подтверждением результатов обоснования и методики модернизации геофизических судов практическими результатами их реализации.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты использованы и могут использоваться при модернизации геофизических или переоборудовании в них рыбопромысловых судов, обеспечены разработанными методикой и структурно – логической схемой модернизации, основные положения которой обоснованы расчетами.
Тема связана с НИР и ОКР, которые проводились в 1990…2009 гг.
в НИИМоргеофизики, в СГРФ, в ЧП "Харитонов", в КБ АМИГЭ.
Реализация результатов работы. Результаты работы непосредственно использованы при модернизации геофизических судов проектов В-93, 650, 3870.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах "Нефть и газ–2000" (Москва), "Наука и образование 2005…2010" (Мурманск), "Баренцево море 2007" (Хаммерфест, Норвегия).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 113 наименований и 7 приложений, включены акты внедрения в промышленность. Основная часть работы изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка, 18 таблиц.
Основное содержание работы
Во введении рассмотрены перспективы и задачи разведки и добычи ресурсов на континентальном шельфе и роль геофизических судов в их решении. Определена научно – техническая проблема, обоснована актуальность ее решения, определены область, цель, предмет и объект исследования. Поставлены задачи и дано краткое изложение результатов работы.
В первой главе исследованы перспективы освоения месторождений углеводородного сырья (УВС) на арктических акваториях, они определяются суммарными запасами УВС, представленными в табл. 1.
Таблица 1. Суммарные ресурсы УВС на акваториях морей севера России
| Акватории | Нефть, млн. т | Свободный газ, млрд. м3 | Растворенный газ, млрд. м3 | Конденсат, млн. т | Всего УВС, млн. т * |
| Баренцево море | 2030 | 23465 | 250 | 524 | 26269 |
| Белое море | 314 | 5,0 | 24,0 | - | 343 |
| Печорское море | 7494 | 2314 | 590 | 354 | 10750 |
| Всего | 9838 | 25784 | 864 | 878 | 37362 |
* – условных тонн топлива, где 1200 м3 газа соответствуют 1 т нефти
Исследована система освоения морских месторождений УВС, представлена классификация морских нефтегазовых сооружений, являющихся ее элементами, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Классификация морских нефтегазовых сооружений
Проанализирована роль морской сейсморазведки в поиске и разведке морских месторождений нефти и газа, а также мониторинге обстановки
в районах предполагаемого расположения подводных потенциально опасных объектов (ППОО). Исследованы геофизические методы поиска и характеристики геофизических судов, построенных в России и за рубежом.
Основными геофизическими методами являются гравиметрия, магнитометрия, электроразведка и сейсморазведка. Исследование континентального шельфа России сейсмическими методами, которое активно проводилось в Арктическом регионе в 70-х годах XX в., показало, что проведение подобных работ возможно с судов, отвечающих таким требованиям, как:
- низкая гидроакустическая шумность;
- достаточная энергетическая оснащенность;
- большое свободное кормовое палубное пространство;
- способность буксировать крупногабаритные забортные устройства;
- ледовые подкрепления корпуса и т. д.
Одними из первых судов, использованных в России специально для проведения геофизических работ, были малотоннажные суда проектов 388М, 1615, 16151.
Рис. 3. НИС пр. 388М "Сейсморазведчик"
Рис. 4. НИС пр. 1615 "Поиск"
Рис. 5. НИС пр. 16151 "Чайво"
Позднее предпочтение было отдано строительству судов увеличенного водоизмещения, на борту которых комплексно совмещались различные геофизические методы исследований. Это были суда проектов В-93 и 650, до настоящего времени составляющие основу геофизического флота России и имеющие ледовые подкрепления корпуса, позволяющие работать в арктических морях. За время, прошедшее от начала проектирования судов
до сдачи их в эксплуатацию, изменились технические требования к геофизическому оборудованию и к самим судам. Потребовалось, например:
- увеличить их производительность, т. е. способность обрабатывать большие площади морских акваторий;
- увеличить площади палуб судна для размещения нового геофизического оборудования;
- увеличить производительность компрессорного оборудования для работы ИСК;
- установить оборудование для разведения ЛПИ и сейсмокос за кормой судна и т. д.
Так возникла научно-техническая проблема, решение которой потребовало разработки прикладных аспектов модернизации геофизических и других, подобных им по техническим характеристикам судов, позволяющая осуществлять научно-исследовательские работы по мониторингу шельфовой зоны Мирового океана на современном уровне с привлечением новых технологий.
Строительство геофизических судов за рубежом пошло по пути создания мощных судов, существенно расширяющих возможности сейсморазведки. Так, начиная с 1995 года для компании "Petroleum Geophysical Services" строится серия судов типа "Ramform" (рис. 6).
Рис. 6. НИС типа "Ramform"
Значительные успехи, достигнутые с помощью НИС, стимулировали работы иностранных компаний по модернизации ранее построенных судов и привлечения их для дальнейшего проведения сейсмических исследований. Так судно "Western Monarch" после модернизации стало способно буксировать 12 кос и ИСК, состоящий из восьми ЛПИ (рис. 7).
Рис. 7. НИС "Western Monarch"
Однако зарубежные геофизические суда имеют существенный недостаток – они не обладают необходимыми для работы в Арктике ледовыми подкреплениями корпуса. Это делает ограниченным их применение в арктических морях даже в период открытой воды.
Геофизическое оборудование, которым оснащены современные НИС, состоит из буксируемых источника сейсмических колебаний (ИСК), сейсмоприемных кос и оборудования судовой геофизической лаборатории.
В качестве буксируемого ИСК в настоящее время широко используется комплекс пневматических излучателей (ПИ), рабочим телом для которых является воздух высокого давления (ВВД). ПИ, известные также под названием "пневмопушка" (ПП), для повышения суммарной эффективности излучения объединяются в линейный пневмоизлучатель (ЛПИ). В ЛПИ все входящие в его состав ПП связаны электропневмомагистралью (ЭПМ). При этом судовой ИСК может состоять из нескольких ЛПИ.
НИС могут также привлекаться к определению координат нахождения в толще воды подводных потенциально опасных объектов (ППОО), т. е. для решения задач экологического мониторинга. ППОО – это объекты
с радиоактивными веществами (затонувшие корабли с атомными энергетическими установками, содержащими отработавшее ядерное топливо; захороненные в морской среде твердые радиоактивные отходы (ТРО) и т. п.).
Исследование геофизических методов поиска, а также характеристик геофизических судов, построенных в России и за рубежом, позволили определить основные требования к современному геофизическому судну, которые можно сформулировать следующим образом:
| 1 | ГС должны обладать палубным пространством не менее 350 м2 для размещения современного сейсмокомплекса в полузакрытых помещениях, обеспечивающих проведение СПО в комфортных условиях; |
| 2 | ГС должно иметь ледовые подкрепления корпуса категории Arc, обеспечивающие льдопроходимость и прочность при плавании за ледоколом в высоких широтах, при этом ширина ГС должна не более 29 м, несколько меньше ширины действующих ледоколов (29 м – ширина ледокола "Арктика"); |
| 3 | Конструкция ГС должна обеспечить комфортные социально-бытовые условия для экипажа, что важно в условиях длительного плавания; |
| 4 | Автономность судна должна быть не менее 60 суток; |
| 5 | ГС должно быть оборудовано вертолетной площадкой для приема вертолета КА-32 размером 15м на 20 м; |
| 6 | ГС должно иметь устройства для заправки топливом в море; |
| 7 | СЭУ ГС должно обеспечивать возможность постоянного хода на всех режимах эксплуатации сейсмического комплекса со скоростью не ниже 5 узлов без опасения потерять дорогостоящее забортное оборудование; |
| 8 | ГС должно обладать высокой ремонтопригодностью для проведения модернизационных работ в процессе ЖЦС; |
Реализация указанных выше требований должна осуществляться при строительстве новых ГС, при их модернизации для выполнения конкретных геофизических работ или во время планового ремонта судна. Таким образом, в результате исследования, проведенного в первой главе, получены следующие результаты:
- обоснована актуальность решения задач по разведке и добыче нефти и газа на континентальном шельфе с использованием методов морской сейсморазведки;
- обоснована необходимость использования на морских акваториях НИС с современным геофизическим оборудованием;
- установлено, что в процессе ЖЦС для поддержания своих технико-технических характеристик суда должны периодически проходить модернизацию с заменой оборудования, усовершенствованием судовых систем
и устройств; - обобщены и сформулированы основные современные требования
к геофизическому судну.
Во второй главе обоснована возможность переоборудования рыбопромысловых судов в геофизические. Для этого произведено сравнение производственных процессов геофизических (ГС) и рыбопромысловых (РС) судов и установлена их аналогия. Проведен сравнительный анализ основных характеристик ГС и РС путем сравнения значений (,, L/B, H/T
и т. д.) Как видно из таблиц 3, 4 основные характеристики РС и ГС обладают подобием.
Таблица 3. Основные характеристики РС
| Название судна | Водоизмещение, D, т | Длина, L м | Ширина, B, м | Осадка, T м | Скорость, узл. | Мощность, NE, КВт |
| 1. Моонзунд, пр. 488 | 9160 / 1990 г. | 120,4 | 19 | 6,52 | 15,7 | 2 * 2650 |
| 2. Горизонт пр. 1386 | 7970 | 110 | 17,3 | 6,5 | 15 | 2 * 2575 |
| 3. Алтай, пр. 1376 | 6475 | 107,5 | 14,4 | 6,25 | 13 | 5 * 735 |
| 4. Пулковский меридиан, пр. 1288 | 5720 | 103,7 | 16 | 6,61 | 14,5 | 2 * 2750 |
| 5. И. Бочков, пр. В-408 | 4950 | 94 | 15,9 | 6,95 | 14.8 | 3825 |
| 6. Кронштадт, пр. 394АМ | 3800 | 83,9 | 14 | 5,7 | 12 | 1470 |
| 7. Лесков пр. В26 | 3680 | 83,1 | 13,8 | 5,5 | 12.5 | 1765 |
| 8. Зверобой пр. В-422 | 2600 | 72,8 | 13 | 4.6 | 13 | 3 * 810 |
| 9. Орленок пр. 333 | 2460 | 62.2 | 13.8 | 4.8 | 12.5 | 2 * 880 |
Таблица 4. Основные характеристики ГС
| Название судна | Водоизмещение, т | Длина, м | Ширина, м | Осадка, м | Мощность ЭУ, КВт | Скорость, уз. | Кол-во сейсмокос и их длина |
| СGG Alize | 11 500 | 100 | 29 | 7,55 | 2 х 4 200 | 14,5 | 16 х 6000 |
| Simphony | 10 000 | 120,7 | 28,4 | 7,2 | 2 х 3690 | 14 х 8000 | |
| Ramform Explorer | 8380 | 82 | 39,6 | 5,8 | 10 000 | 14 | 12 х 6000 |
| Veritas Viking II | 8 000 | 93 | 22 | 6,5 | 2 х 4 320 | 15,5 | 8 х 8 000 |
| Geo Challenger | 7 200 | 91 | 24 | 6,4 | 2 х 3300 | 12 х 8 000 | |
| Amadeus | 5 600 | 84 | 18,5 | 6,2 | 2 х 2 500 | 8 х 9 000 | |
| Orion | 5 200 | 81 | 18,3 | 5,2 | 2 х 2 700 | 8 х 6 000 | |
| Pacific Titan | 3 200 | 64,5 | 18,5 | 5,2 | 4 х 1120 | 2 х 8 000 | |
| Пр.В-93 | 3 000 | 83 | 14,8 | 5,2 | 3 090 | 14,5 | 4 х 8 000 |
| Пр. 650 | 2 200 | 71,6 | 12,8 | 4,5 | 2 х1100 | 12 | 1 х 6000 |
Рассмотрение производственных процессов ГС и РС, их характеристик позволяет сделать вывод о возможности переоборудования РС в ГС
в случае такой необходимости. При этом очевиден одинаковый подход
к требованиям остойчивости, непотопляемости, тяговым характеристикам ГС и РС, которые в равной степени являются "судами с возом", т. е. судами, буксирующими забортное оборудование (сейсмокомплекс или трал). Это доказывает и рассмотрение характеристик РС и ГС, приведенных в табл. 5.
Таблица 5. Характеристики БМРТ и НИС
| Характеристика | Обозначение | БМРТ пр. В-26 | НИС пр. В-93 |
| 1. Полное водоизмещение, т | D | 3700 | 3300 |
| 2. Год и место постройки | – | 1970, ПНР | 1985, ПНР |
| 3. Мощность ГД, кВт | NГД | 1750 | 3000 |
| 4. Мощность СЭС, КВт | NЭЛ | 3 х 300 | 2 х 550; 1 х 1200 |
| 5. Скорость судна, узл | V | 12,5 | 14,5 |
| 6. Длина судна между перпендикулярами, м | L | 78 | 73,5 |
| 7. Ширина судна, м | B | 13,8 | 14,8 |
| 8. Осадка, м | T | 5,5 | 5,0 |
| 9.Коэффициент полноты КВЛ | 0,8 | 0,82 | |
| 10. Коэффициент общей полноты | 0,59 | 0,635 | |
| 11. Коэффициент полноты миделя | 0,96 | 0,967 | |
| 12. Коэффициент вертикальной полноты | 0,735 | 0,775 | |
| 13. Коэффициент Нормана | / | 1,3 | 1,25 |
| 14. Метацентрическая высота, м | H | 0,5 | 0,69 |
Равнозначность характеристик ГС и РС также подтверждается коэффициентом Нормана. Для современного ГС он составляет 1,25 а для РС упомянутый коэффициент имеет значение 1,3. Отсутствие абсолютного равенства этих коэффициентов объясняется различием в назначении судов и использовании забортного оборудования.
Исследование математического описания системы "судно – забортное оборудование" (С – ЗО) и полученные при этом результаты также свидетельствуют о подобии характеристик РС и ГС. Рассмотрена математическая модель движения судна в системе С – ЗО в трех системах координат: неподвижной декартовой OgXgYgZg ; системе координат, связанной с жидкостью O'gX'gY'gZ'g и системе координат, связанной с судном OXYZ. Положение судна и кинематика его движения в указанных системах координат характеризуется следующими параметрами:
- Xg,, Yg – координаты ЦТ судна в неподвижной системе координат;
- – скорость центра тяжести судна;
- – угловая скорость вращения судна;
- ,, q – углы дрейфа, курса и скорости;
- R – мгновенный радиус кривизны траектории ЦТ.
Тогда уравнение движения системы С-ЗО будет:
m (1 + k11)_ cos - m(1 + k11) _ sin + m(1 + k22) sin = TE – XK – XP – TX
– m(1 + k22) sin – m(1 + k22) sin + m(1 + k11) sin = YK + YB –YP + YA + TY
JZ (1 + k66) – m (k22 –k11) 2 sin cos = MK + MP – MB – MT – MA,
где:
- k11, k22, k66 – коэффициенты присоединенных масс вдоль продольной и поперечной осей судна и присоединенного момента инерции;
- m – масса судна;
- JZ – момент инерции судна относительно вертикальной оси;
- X, YK, MK – продольная и поперечная сила на руле и момент, создаваемый поперечной силой руля относительно ЦТ судна;
- YA, MA – поперечная аэродинамическая сила и момент, создаваемый относительно ЦТ судна;
- YB, MВ – поперечная сила от гребного винта и момент, создаваемый относительно ЦТ судна;
- TE – полезная тяга винта;
- TX, TY – проекция горизонтальной силы на оси X, Y;
- MТ – момент от силы TY.
Результаты исследования математической модели движения судна в системе "С-ЗО" также свидетельствуют о подобии характеристик РС и ГС.
Не менее убедительным в этом отношении является сравнительный анализ математических моделей основных характеристик ГС и РС. Для этой цели в работе разработаны математические модели основных характеристик ГС и РС методом подбора функций по эмпирическим данным.
В результате построены модели зависимости ЗДВ, ЗШВ, ЗОВ, ЗМВ.
ЗДВ ГС представлена математической моделью вида L = a·Db, основные параметры которой (и всех далее приведенных моделей) получены методом наименьших квадратов. Граф – модель ЗДВ ГС приведена на рис. 8.
ЗДВ РС представлена математической моделью вида L = а·Db, ее граф-модель приведена на рис. 9.
| Рис. 8. Зависимость длины ГС от водоизмещения | Рис. 9. Зависимость длины РС от водоизмещения |
ЗШВ ГС представлена математической моделью вида W = a·Db, ее граф –приведена на рис. 10.
ЗШВ РС представлена математической моделью вида W = а·Db, ее граф-модель приведена на рис. 11.
| Рис. 10. Зависимость ширины ГС от водоизмещения | Рис. 11. Зависимость ширины РС от водоизмещения |
ЗОВ ГС представлена математической моделью вида Dr = a·Db, ее граф – модель приведена на рис. 12.
ЗОВ РС представлена математической моделью вида Dr = а·Db, ее граф-модель приведена на рис. 13.
| Рис. 12. Зависимость осадки ГС от водоизмещения | Рис. 13. Зависимость осадки РС от водоизмещения |
Из представленных моделей следует, что длина, ширина и осадка исследуемых судов пропорциональны водоизмещению, а эластичность этих характеристик по водоизмещению, т. е. как они изменятся при изменении водоизмещения на один процент, составляет величину меньше единицы. Из этого следует, что увеличение водоизмещения в процессе модернизации судов ведет к изменению указанных характеристик.
ЗМВ ЭУ ГС представлена математической моделью вида N = 
, ее граф – модель приведена на рис. 14. ЗМВ ЭУ РС представлена математической моделью вида N = 
, ее граф-модель приведена на рис. 15.
| Рис. 14. Зависимость мощности ЭУ ГС от водоизмещения | Рис. 15. Зависимость мощности ЭУ РС от водоизмещения |
Таким образом на основании исследования, проведенного во второй главе:
- доказано подобие основных характеристик ГС и РС, что определяет возможность проводить модернизацию РC и использовать их в качестве ГС с наименьшими затратами.
Основными аргументами в доказательство этого являются:
- Подобие результатов сравнительного анализа ГС и РС по их характеристикам (,, L/B, H/T и т. д.);
- Подобие коэффициентов Нормана для ГС и РС;
- Подобие математических моделей для ГС и РС, определяющих ЗДВ, ЗШВ, ЗОВ, ЗМВ.
В третьей главе разработана методика модернизации ГС и произведено аналитическое обоснование ее технических решений. Модернизация судов рассматривается как инновационный процесс, подтверждающийся тем, что в процессе модернизации осуществляется разработка, освоение и реализация научно-технических нововведений, которые непосредственно связаны с получением и воспроизводством уже в новом, расширенном виде, научных, научно-технических знаний и их материализация в виде усовершенствованной СТС, каковой и является модернизированное судно. Методика модернизации ГС разработана на основании исследований, проведенных в работе, и изучения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации ГС.
Из методики следует, что модернизация ГС должна производиться путем выполнения определенных, логически связанных последовательных этапов. Эти этапы представлены на рис. 16 и включают в себя 9 основных мероприятий, обязательно выполняемых при модернизации, и сопутствующие мероприятия, которые их сопровождают и дополняют.
Разработанная методика сопровождается аналитическими расчетами:
- расчет прочности соединительного моста катамарана судна пр. 3870;
- расчет ледовых подкреплений корпуса для судов с ледовым классом;
- расчет звукоизоляции помещения компрессоров на судах пр. В-93;
- расчет экономической эффективности при комплексном переоборудовании геофизических судов.
В расчете прочности использован алгоритм, представленный в таблице 6.
Таблица 6. Алгоритм расчета прочности катамарана
| Максимальный изгибающий момент | Ми = Мгс – Мвс + Мис, |
| Момент от горизонтальных гидростатических сил |  |
| Момент от вертикальных сил |  |
| Момент от горизонтальных инерционных сил |  |
| Сомножитель в скобках |  |
| Горизонтальное ускорение массы одного корпуса и присоединенной массы воды |  |
Рис. 16. Методика модернизации геофизических судов
В расчете ледовых подкреплений конструкций корпуса использован алгоритм, представленный в таблице 7.
Таблица 7. Алгоритм расчета размеров конструкций ледовых усилений
| Конструкция | Предельный момент сопротивления | Площадь стенки | Толщина стенки |
| Обыкновенный шпангоут |  |  |  |
| Бортовые стрингеры |  |  |  |
| Рамный шпангоут |  |  |  |
Расчет звукоизоляции проведен для определения возможности снижения уровня звука между смежными помещениями компрессоров ВВД и лабораторией. Результаты расчета показывают, что на подволоке помещения компрессоров должна быть установлена двухслойная конструкция из звукопоглощающего слоя толщиной 7 мм и алюминиевой зашивки толщиной 3 мм с промежутком между ними в 90 мм, заполненным минеральной ватой. Обеспечивается снижение шума от работающих компрессоров на 42 дб в смежном помещении и создаются благоприятные условия для работы для персонала.
Расчет экономического эффекта выполнен с помощью разработанного программного продукта и получены:
- графики динамики изменения ежедневного заработка судами средств, часть которых (примерно 10 %) идет на модернизацию (рис. 17);
- таблица, отражающая ход работы судов по периодам (рис. 18), суммы заработанных денег и отчислений на модернизацию, сроки введения модернизированных судов в работу.
В результате установлено, что все суда можно модернизировать за 4,25 года при условии соблюдения поставки комплектующих и регулярной постановки судов на модернизацию.
В четвертой главе проанализированы, обобщены результаты модернизации геофизических судах проектов В-93, 650, 3870 и разработаны их описательные модели.
| Рис. 17. График динамики изменения ежедневного заработка судами | Рис. 18. Ход работы судов по периодам |
Модернизация геофизических судов проектов В-93, 650, 3870 проводилась на отечественных и зарубежных верфях и началась с переоборудования судов проекта В-93. Результаты этой модернизации представлены
в таблице 8.
Таблица 8. Описательная модель модернизации НИС пр. В-93
| Мероприятия | Выполнение промежуточных действий | Результат | ||
| Проектирование и установка СПУ | Оборудование ангара на ВП | Установка направляющих для ЛПИ | Установка гидравлических лебедок | Повышение безопасности работы на ВП |
| Работы по модернизации ИСК | Расчет ЛПИ по объему и геометрии | Изготовление и апробация ПП на берегу | Изготовление ЭПМ под расчетный ЛПИ | Расширение площади излучения сигнала |
| Модернизация СПУ | Выполнение выстрелов и сейсмо-лебедок | Увеличение габаритов помещения для сейсмолебедок | Установка оборудования для нового СПУ | Обеспечение буксировки двух сейсмокос и ИСК из четырех ЛПИ |
| Работы по системе ВВД | Определение требуемого количества компрессоров | Оборудование помещения для установки компрессоров | Проектирование и изготовление системы ВВД, прочих систем. | Повышение эффективности работы ИСК из шести ЛПИ |
| Размещение вертолетного комплекса | Расчет прочности посадочной площадки | Оборудование ППВ на крыше помещения сейсмолебедок | Обеспечение необходимыми системами | Оперативная доставка геофизических материалов. |
| Замена устаревшего оборудования, монтаж новых спасательных средствами | Замена сепарационной установки, лебедки для бесконтактной бункеровки | Изготовление фундаментов и прочих корпусных конструкций | Выполнение новых и частичное использование существующих трубопроводов | Обеспечение конвенционных требований Увеличение автономности судна по топливу |
Модернизация несколько изменила архитектурный облик судов пр. В-93 в кормовой части, о чем свидетельствуют рис. 20…24.
Рис. 20 НИС пр. В-93 при постройке
Рис. 21 НИС пр. В-93 "Академик Шатский" после модернизации в Германии
Рис. 22 НИС пр. В-93 "Академик Лазарев" после модернизации на СРЗ "Нерпа"
Рис. 23 НИС пр. В-93 "Академик Немчинов" после модернизации в Англии
Рис. 24 НИС пр. В-93 "Академик Наметкин" ("Геоарктик")
после модернизации в Норвегии.
Модернизация НИС пр. 650
На судах проекта 650 была увеличена площадь главной палубы за счет установки спонсонов (рис. 25), палуба была расширена на протяжении от 23 шпангоута до кормового среза. Это позволило разместить 4 ЛПИ на отдельных гидравлических лебедках; буксирные лебедки и бортовые выстрелы для отвода ЛПИ (рис. 26); дополнительные секции сейсмокосы. Был демонтирован ВДГ для обеспечения хода судна при буксировке ЛПИ на второй палубе, на освободившейся площади установлены дизель – компрессор LMF и инсинератор. Для увеличения автономности по топливу были дополнительно задействованы три балластные и одна высокая цистерна суммарной вместимостью 125 м3, при этом топливная система была модернизирована в топливно – балластную и был заменен сепаратор нефтесодержащих вод. Описательная модель такой модернизации представлена в табл. 9.
Рис. 25. НИС "Профессор Полшков". Видны спосоны в кормовой части
Рис. 26. НИС "Проф. Полшков" на профиле с раскрытыми выстрелами 1,2.
Таблица 9 Описательная модель результатов модернизации НИС пр. 650
| Мероприятия | Выполнение промежуточных действий | Результат | ||
| Размещение нового СПУ | Перепланировка помещений ГП, расшире-ние на ширину судна, оборудование ангара | Установка гидравлических лебедок ЛПИ и элементов СПУ | Установка отводителей и буксировочных лебедок на ВП | Оборудование судна модернизированным ИСК |
| Размещение компрессора LMF и гидростанции | Демонтаж СВДГ из помещения на второй палубе | Установка нового оборудования | Проектирование и монтаж систем ВВД и гидравлики | Обеспечение работоспособности нового ИСК |
Окончание табл. 9
| Мероприятия | Выполнение промежуточных действий | Результат | ||
| Дооборудование топливной системы | Использование балластных цистерн для приема топлива | Выполнение топливно-балластной системы | Изменение системы сбора и очистки н/с вод | Увеличение автономности судна по топливу |
| Переоснащение системы ПЗМ | Демонтаж установок, отработавших свой срок службы. | Изготовление фундаментов, расчет нагрузки масс | Выполнение трубопроводов систем н/с и сточных вод | Выполнение конвенционных требований |
Модернизация НИС "Искатель" пр. 3870
Значительная модернизация НИС "Искатель-5" с установкой нового ИСК, соответствующего ему СПУ и дополнительных компрессоров ВВД была осуществлена для выполнения геофизических работ в Обской губе. Модернизация проводилась на СДП (бывшей МСВ) под авторским надзором, в том числе автора диссертации. В процессе работ на судне был размещен новый сейсмокомплекс из четырех ЛПИ с отечественными ПП "Пульс – 2", гидравлические лебедки TREUL UMBILICAL, бортовые выстрелы, СПУ. Дополнительно размещены компрессоры LMF, установлены цистерны топлива и пресной воды, размещен опреснитель, каюта радиста преобразована для представителя заказчика.
Описательная модель модернизации представлена в табл. 10.
Таблица 10 Описательная модель результатов модернизации НИС пр.3870
| Мероприятия | Выполнение промежуточных действий | Результат | ||
| Размещение нового СПУ | Установка на ВП направляющих | Установка гидравлических лебедок для ЛПИ | Установка встрелов-отводителей | Эффективность и безопасность работы |
| Установка нового ИСК | Подбор и апробация ПП | Изготовление ЭПМ | Размещение ЛПИ на напрнаправляющих | Увеличение площади излучения |
| Работы по помещению и системам ВВД | Проектирование и изготовление помещения и систем | Установка компрессоров, изготовление трубопроводов | Оборудование систем пено- и водотушения | Повышение эффективности работы ИСК |
| Дооборудование судна дополнительными цистернами | Выполнение расчетов по дополнительным цистернам | Изготовление дополнительных цистерн пресной воды и топлива | Изготовление трубопроводов для наполнения-расхода цистерн | Увеличение автономности судна по воде и топливу |
| Переделка радиорубки | Демонтаж существующих конструкций | Перепланировка, расстановка оборудования | Проектирование санитарных систем | Проживание представителя заказчика |
Модернизация геофизических судов привела к некоторому изменению их характеристик. По мере установки на судна нового оборудования, увеличилось их водоизмещение и осадка. Указанные изменения характеристик приведены в таблице 11. Это сузило возможности использования модернизированных геофизических судов при работе в мелководных и предельно мелководных районах, что нельзя признать положительным. Однако на общих мореходных качествах геофизических судов эти изменения не отразились.
Таблица 11 Изменение характеристик судов после модернизации
| Судно | НИС проектВ-93 | Академик Лазарев | Академик Шатский | Академик Немчинов | НИС проект 3870 | Иска-тель-5 |
| Водоизмещение | 3500 т | 3631 т | 3820 т | 4247,5 т | 766 т | 933 т |
| Осадка | 5,0 м | 5,0 м | 5,2 м | 5,4 м* | 1,5м | 2, 05 м |
Следует отметить как вновь разработанную конструкцию мобильного источника сейсмических колебаний (рис. 27). Она представляет собой понтон оригинальной конструкции с пневмопушками для создания сейсмосигнала на мелководной акватории. Понтон снабжен комплектом документации, выполнен на СРЗ – 2 и впоследствии законсервирован.
Рис. 27. Мобильный источник сейсмических колебаний
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании исследований, проведенных в диссертации, получены следующие результаты:
1) исследованы основные предпосылки совершенствования конструктивных элементов (модернизации) геофизических судов, сформулированы основные требования к современным геофизическим судам. Установлено, что суда в процессе эксплуатации должны модернизироваться с приданием им ряда новых характеристик по автономности, льдопроходимости и т. д., и с проведением ремонта судовых конструкций;
2) обоснована возможность переоборудования рыбопромысловых судов в геофизические на основе подробного анализа их эмпирических характеристик и математических моделей, которые в результате выполненных исследований оказались идентичными и показали возможность такого переоборудования с наименьшими затратами;
3) разработана методика модернизации геофизических судов и аналитически обоснованы технические решения, предложенные для ее проведения. Модернизация должна проводиться путем последовательных этапов по предложенной структурно – логической схеме, которая предусматривает технологию проведения модернизационных работ на судах;
4) проанализированы результаты реализации предложенной методики модернизации геофизических судов, при этом выявлено, что:
– модернизация геофизических судов по предложенной методике активно проводится на различных судоремонтных предприятиях мира для судов проектов В-93, 650, 3870, что позволяет сохранить геофизический флот мурманских судовладельцев численно и на требуемом современном уровне, использовать его по прямому назначению в различных акваториях мирового океана;
– после тщательно проведенного исследования суда пр. В-93 "Академик Шатский" и "Академик Немчинов" водоизмещением менее 4000 тонн впервые в России дооборудованы вертолетным комплексом с необходимыми системами и устройствами; новый геофизический комплекс, установленный на НИС "Академик Немчинов" после выполненных расчетов, позволил существенно повысить производительность судна за счет увеличения количества сейсмокос и мощного ИСК, и перейти на выполнение работ по 3Д технологии. В основу этих и других выполненных работ были положены разработки отечественных конструкторов, в том числе и положения настоящей диссертации;
– результатами предложенной методики можно считать также возможность использования для проведения геофизических работ судов другого назначения и МНГС; разработку и реализацию конструкции МИСК – мобильного источника сейсмических колебаний для проведения специальных геофизических работ в транзитных зонах;
5) исследован опыт модернизации геофизических судов по экологической безопасности и обеспечению судов спасательными средствами.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Основные положения диссертации опубликованы в изданиях, рекомендуемых "Перечнем…" ВАК РФ
- Мохов, Г. В. Дооборудование судов средствами ПЗМ / Г. В. Мохов // Рыб. хоз-во – 1987. – №4. – С. 19–20.
- Мохов, Г. В. Безопасность морских геофизических работ – на новый уровень / Г. В. Мохов // Геофиз. Вестник – 2001. – № 3. – С. 12–13;
- Мохов Г. В. О некоторых требованиях к новому геофизическому судну / Г. В. Мохов // Вестн. МГТУ. Труды Мурман. Гос. техн. ун-та. – Мурманск, 2006. – Т. 9, № 2. – С. 337–339;
- Мохов, Г. В. Мобильный источник сейсмических колебаний для мелководья / Г. В. Мохов, В. В. Ковальчук // Вестн. МГТУ. Труды Мурман. Гос. техн. ун-та.-Мурманск, 2010. – Т. 13, № 4/2. – С. 971–973.
- Мохов Г. В. Разработка и исследование математических моделей основных характеристик геофизических и рыбопромысловыхсудов /Г. В. Мохов, В. В. Ковальчук // Бюллетень транспортной информации, № 6, 2011.
Прочие публикации
- Мохов, Г. В. Широкополосный пневмоизлучатель многоцелевого применения "Пульс-2" / Г. В. Мохов, А. М. Скрицкий, А. Б. Воеводина // Разведка и охрана недр. – 1998. – № 4–5. – С. 49–51.
- Мохов, Г. В. Широкополосный пневмоизлучатель "Пульс" / Г. В. Мохов // Геоакустика – 2001 : тезисы докл. науч. практ. конф., Москва, 16–20 апреля 2001 г. / МГУ. – М., 2001. – С. 15–16.
- Мохов, Г. В. Подготовка "Руководства по безопасности для морских геофизических работ" / Г. В. Мохов // Тезисы докл. науч. метод. Совета по геолого-геофизическим технологиям, Мурманск, 23–25 мая 2001 г. / НМС ГГТ. – Мурманск, 2001. – С. 42-44.
- Мохов, Г. В. Подготовка операторов пневматических источников для морских геофизических судов / Г. В. Мохов, Н. Н. Болобонцев // Тезисы докл. науч. метод. Совета по геолого-геофизическим технологиям, Мурманск, 23–25 мая 2001 г. / НМС ГГТ, МПР РФ. – Мурманск, 2001. – С. 44–45.
- Мохов, Г. В. Пневмоизлучатели для сейсморазведки и сейсмоакустики / Г. В. Мохов, А. М. Скрицкий // Разведка и охрана недр. – 2002. –
№ 1. – С. 8. - Мохов, Г. В. Безопасность жизнедеятельности при проведении работ на морских нефтегазовых сооружениях : учеб. пособие / Г. В. Мохов. – Мурманск : МГТУ, 2004. – 48 с.
- Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов / Г. В. Мохов // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. науч. техн. конф., Мурманск, 6–14 апреля 2005 г. : в 7 ч. / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 236–238.
- Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов / Г. В. Мохов // МГТУ "Наука и образование 2005": материалы междунар. науч. техн. конф. (Мурманск, 6–14 апреля 2005 г.): в 7 ч. / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 236–238;
- Мохов, Г. В. Модернизация сейсморазведочных судов для работы в Арктике / Мохов Г. В. // Науч. техн. конф. памяти проф. П. А. Папковича, ФГУП ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, СПб, 26–27 ноября 2009 г. – С. 94–95.
- Мохов, Г. В. Расширение мониторинга континентального шельфа судами сейсмической разведки после их модернизации / Г. В. Мохов, В. Г. Макаров // Научно-технический сборник, № 32. Российский Морской Регистр судоходства, СПб. : 2009. – С 205 – 219.
- Мохов, Г. В. О модернизации геофизических судов для работы на арктическом шельфе / Г. В. Мохов, В. Г. Макаров // ФГОУ ГМА им. адм. С. О. Макарова, НТК, Тезисы докл., СПб. : 2010. – С 535–539.
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93,
соответствует коду 95 3000
Издательство МГТУ. 183010 Мурманск, Спортивная, 13.
Сдано в набор 00.00.2000. Подписано в печать 00.00.2004. Формат 60841/16.
Бум. типографская. Усл. печ. л. 0,00. Уч.-изд. л. 0,00. Заказ 000. Тираж 100 экз.
