Тезисы ЦНИИ Крылова
advertisement
Е.М.Апполонов, заместитель директора ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова», Ю.Н.Поляков, начальник отдела ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова» «Комплексный расчетно-экспериментальный подход к обоснованию портовой инфраструктуры (на примере порта для отгрузки СПГ в Териберской губе)» ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова» обладает мощной экспериментальной базой, высококвалифицированным персоналом, что позволяет решать широкий спектр задач не только в области создания судов и кораблей, но и развития портовой инфраструктуры. Одной из таких задач явилась задача по обоснованию основных технических решений по размещению портовой инфраструктуры для перспективного порта для отгрузки СПГ на Кольском полуострове в губе Териберская. Выполненная работа была основана на физическом и математическом моделировании местных геофизических и гидрометеорологических условий, определении допустимых гидрометеорологических условий по обслуживанию газовозов в порту, моделировании безопасных режимов движения газовоза и буксиров при подходе и отходе от причалов, оценке условий стоянки судов у причалов, а также продолжительностей простоев газовозов вследствие неблагоприятных ветро-волновых условий. Ключевым вопросом, определяющим остальные решения по размещению объектов специализированного морского порта, явился вопрос о размещении причалов для отгрузки СПГ. ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова» был предложен вариант размещения причалов на северном берегу губы Орловка (юго-восточная часть Териберской губы), см. рис. 1. По предварительным экспертным оценкам предполагалось, что при стоянке судов у причалов на северном берегу губы Орловка на параметрах ветро-волновых условий будет сказываться положительное влияние рельефа местности и береговой черты. Рисунок 1 - Вид из космоса на район Териберской губы В основу оценок по обоснованию основных технических решений по размещению причальных сооружений в Териберском порту положен комплекс экспериментальных и расчетных исследований по определению: - реальных скоростей ветра с учетом влияния рельефа местности (экспериментальные исследования в аэродинамической трубе и расчетные исследования на многопроцессорном вычислительном комплексе); - параметров волнения в районе предполагаемого размещения причалов и на акватории Териберской губы; - условий безопасного маневрирования судов в Териберской губе на основе модельных испытаний и математического моделирования движения газовоза с буксирами газовоза на акватории Териберской губы при подходе к причалам и отходе от них. Для проведения экспериментальных исследований и построения физических моделей были разработаны математические модели рельефа местности и дна Териберской губы. В частности, для проведения испытаний в волновом бассейне разработаны математические модели дна Териберской губы (до глубины 80 м) и прилегающих участков суши (до высоты 20 м). Один из участков исследуемого района показан на рис.2. Для сооружения физической модели было выполнено разбиение на отдельные секции (рис.3). Рисунок 2 – Математическая модель дна и прилегающих участков суши Териберской губы для западной части Териберского полуострова Рис.3 – Пример поверхностной математической модели секции дна и берега участка Териберского полуострова. Длина одной секции для изготовления на станке с ЧПУ – 3м. Для изучения ветровых полей была построена модель акватории Териберской губы и прилегающих участков суши. На рис.4 показана физическая модель губы, размещенная в большой аэродинамической трубе института. Рисунок 4 – Модель Териберской губы в аэродинамической трубе В волновом (мореходном) бассейне исследование волновых явлений были выполнены для наиболее опасного северо-западного направления распространения волн. Испытания проведены для нерегулярного морского волнения при различных высотах волн. Некоторые частные результаты по изменению высоты волн в районе причалов на северном берегу губы Орловка в сравнении с входным волнением представлены на рис. 5. Высота волнения Причал 1: HS = 3,0 м Причал 2: HS = 2,1 м Причал 3: HS = 2,7 м Рисунок 5 – Исследование волновых явлений в волновом бассейне. Северные причалы (волнение на входе в Териберскую губу – H3% = 10 м, значительная высота HS = 7,6 м) Выполняемые экспериментальные исследования сочетались с расчетами. На рис. 6 приведено сопоставление расчета ветровых полей и эксперимента (визуализация ветровых потоков специальным красителем). По величине и направлению треков смещения красителя можно судить о направлении и величине скорости ветра. Общая картина примерно одинакова, что было подтверждено сопоставлением расчетных значений скоростей ветра и инструментальных измерений. Расчет Эксперимент Рисунок 6- Распределение модуля скорости на высоте 10 м от уровня моря (северный ветер) По результатам физического и математического моделирования ветро-волновых режимов на акватории и у причалов морского порта в губе Териберской были сделаны следующие основные выводы: 1. Работы по моделированию в аэродинамической трубе и расчетные исследования по определению ветровых условий района Териберской губы позволили: дать полную картину распределения ветровых потоков в данном районе; продемонстрировать значительное снижение ветра в районе северного расположения причалов в сравнении со скоростью ветра, замеряемого на Териберской ГМС (влияние особого рельефа местности); получить коэффициенты снижения скорости ветра в зонах расположения причалов. 2. Моделирование в опытовом бассейне волновых условий в Териберской губе показало значительное снижение волнения в районе расположения причалов на северном берегу губы Орловка в сравнении с волнением, поступающим на вход Териберской губы. Выполнены дополнительные оценки размера зон с благоприятными ветровыми условиями в районе причалов. Показано, что для причалов в на северном берегу губы Орловка это достаточно протяженные зоны, распространяющиеся на 600 – 1000 м вглубь прилегающей к причалам акватории. При этом скорость ветра понижается по мере приближения к причалу. Всё это создает комфортные условия для осуществления швартовных операций. На основе экспериментальных и расчетных исследований ветро-волновых воздействий была выполнена оценка простоев газовозов в порту губы Териберской, базирующаяся на пересчете 10-летней статистики Териберской ГМС (временные ряды по ветру, волнению и условиям плохой видимости), которая показала предпочтительность размещения причалов для отгрузки СПГ на северном берегу губы Орловка. Проработаны вопросы обоснования принятых контрольных значений ограничений по обслуживанию судов в проектируемом порту. Проведены испытания в волновом бассейне, показавшие возможность удовлетворения условий безопасной стоянки газовозов у причалов при принятых в качестве допустимых параметрах ветра и волнения. Выполнена экспериментальная оценка нагрузок в швартовных канатах и отбойных устройствах (рис.7). Даны рекомендации по стендерам и швартовному оборудованию, способным работать при повышенных параметрах ветра и волнения. Рисунок 7 – Исследование в волновом бассейне нагрузок на швартовное устройство Проведены исследования по вопросам функционирования порта, в частности, подготовлены предложения по составу и характеристикам судов портофлота. При обслуживании газовозов вместимостью до 216 тыс.м3 рекомендуется иметь буксиры мощностью 6 МВт. Безопасность подхода судов к причалам оценивалась на основе результатов модельных экспериментов на специально разработанном исследовательском тренажерном комплексе ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова», в котором корректно учтены вопросы маневрирования судов в Териберской губе (рис. 8). Рисунок 8 – Отображение движения судна на карте и на трехмерной модели Териберской губы на исследовательском тренажере института Для подготовки математического моделирования движения газовоза на акватории губы выполнены исследования по определению гидродинамических характеристик корпуса и аэродинамических характеристик надводной части газовоза (в циркуляционном и мореходном бассейнах, в аэродинамической трубе). На основании полученных результатов разработаны математические модели движения маневрирующих судов для использования в составе исследовательского тренажерного комплекса. Особо следует отметить, что в используемых математических моделях выполнен учет падения скорости ветра около причалов, реального падения тяги буксиров на волнении, корректной картины распределения волнения в Териберской губе. Модельные эксперименты на тренажерном комплексе ФГУП «ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова» позволили доказать безопасность подхода судов (при повышенных параметрах ветра и волнения) к причалам, расположенным в северной части губы Орловка. В ходе модельных экспериментов моделировались также аварийные ситуации, связанные с выходом из строя энергетической установки судна и отказом буксиров. По результатам выполненной работы был обосновано решение по размещению портовых сооружений для отгрузки СПГ на северном берегу губы Орловка. В заключение следует отметить, что в ходе работы была создана комплексная методика по обоснованию решений по размещению портовых сооружений, основанная на сочетании экспериментальных и расчетных исследований для обоснования основных технических решений. Авторы надеются, что данная методика найдет дальнейшее применение в обосновании строительства новых портовых сооружений.
