Авторизация
Авторизируйтесь
X
  • Логин*
  • Пароль *
или зарегистрируйтесь
Регистрация
X
  • Логин
    (3-15 символов)*
  • Пароль
    (6-15 символов)
    *
  • Подтвердите пароль *
Сообщение администратору
X
 
>>

Разработка средств и методов улучшения технико-эксплуатационных параметров работы судоходных шлюзов

Липатов Игорь Викторович

Разработка средств и методов улучшения технико-эксплуатационных параметров работы судоходных шлюзов

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Н.Новгород - 2006

Диссертация | 2006 | Россия | docx/pdf | 14.73 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Специальность 05.22.19 Эксплуатация водного транспорта, судовождение.
Транспорт -- Водный транспорт -- Водные пути -
Судоходные шлюзы -- Эксплуатация -- Математическое моделирование
Эксплуатация водного транспорта, судовождение
В современной России эксплуатируются десятки тысяч километров внутренних водных путей, на которых функционирует более 150 шлюзов. Эффективность эксплуатации флота на водных путях в значительной степени зависит от времени прохождения через судоходные гидротехнические сооружения, а также стабильности и надежности работы судоходных шлюзов. Способствуя комплексному использованию водных ресурсов, шлюзы при этом стали одним из основных факторов, сдерживающих интенсификацию судопотоков.
Экономический кризис в стране дал лишь небольшую передышку в решении вопроса интенсификации судоходства, и, как показывают прогнозы, современная тенденция развития транспорта обострит его в ближайшие годы. Так, например, объем перевозок по Волго-Донскому каналу (ВДСК) за последние пять лет утроился, и коэффициент использования шлюзов по времени приближается к его критической величине. Аналогичная ситуация складывается и на Беломорско - Балтийском канале (ББК), где объем пассажирских перевозок за последние пять лет вырос в 2.5 раза.
Основным фактором, определяющим специфику процесса эксплуатации гидротехнического сооружения, является его работа на контакте с двумя средами - воздухом и водой. Постоянная смена границы разделения этих сред, изменение температуры, ветровые нагрузки также способствуют разрушению материала и ухудшению технического состояния основных водоподпорных элементов и всего сооружения в целом. В результате актуальным стал вопрос обеспечения устойчивости транспортного процесса, обеспечение бесперебойной работы судоходных шлюзов и предотвращение глобальных экологических и техногенных катастроф с непредсказуемыми последствиями. Основная часть шлюзов в России уже проработала более 50 лет и выработала свой прочностной ресурс. В частности, сооружения ВДСК уже исчерпали большую часть запроектированного эксплуатационного ресурса. Не лучше ситуация и на других объектах. Согласно результатам государственной регистрации и предварительной оценки 
уровня эксплуатационной безопасности судоходных шлюзов треть сооружений имеет пониженный уровень безопасности, а более половины - аварийный или предаварийный.
I, Проблема совершенствования пропуска судов через шлюзы и шлюзован
ные системы представляла и продолжает представлять существенный интерес в области эксплуатации водного транспорта. Решению этого вопроса были посвящены работы А.М. Гапеева, А.Г. Малышкина, В.В. Баланина, В.И. Кожухаря, И.П. Фадеева, В.Н. Захарова, М.А. Колосова, А.Н. Клементьева, Р.Д. Фролова, П.А. Гарибина, В.А. Кривошея, С.М. Пьяных и др.
Учитывая многогранность вопроса интенсификации судопропуска через шлюзованные участки, многими авторами данная проблема рассматривалась под различными углами, начиная с организационно-управленческих способов интенсификации судопотоков, и до решения глобальных технических вопросов, касающихся систем питания шлюзов, сложных гидродинамических процессов, имеющих место при работе сооружений, и так далее.
Проблема технического состояния судоходных сооружений наиболее остро возникла последние 15 лет, поэтому круг ученых, работающих в этой области, не столь значителен. По данной тематике работы в основном выполнены в Центре прочности Российского аэрокосмического агентства (РАКа) под руководством А.И. Лиходеда и в СКТБ ”Ленгидросталь“ (А.В. Фрейшист, И.В. Мартенсон, В.И. Кублановский, С.П. Борисевич, Г.А. Полонский). Опыт эксплуатации судоходных сооружений говорит, что наиболее слабым звеном шлюзов являются металлические конструкции, подверженные интенсивной коррозии и циклическому характеру нагружения. Анализ опытных данных показал, что од- t ним из самых весомых факторов обеспечения эксплуатационной безопасности
металлических конструкций судоходных шлюзов на современном этапе является точная оценка остаточного прочностного ресурса на базе достижений современной вычислительной математики. С одной стороны, это дает развернутую картину разрушающих напряжений в теле конструкции, а с другой - позволяет определить слабые стороны действующих узлов и наметить пути по увеличе-
иию срока их эксплуатации и снижению эксплуатационных затрат на поддержание судоходных гидротехнических сооружений в рабочем состоянии. В дополнение к этому использование вычислительного эксперимента позволяет обойтись без дорогостоящих натурных и лабораторных исследований, найти новые пути улучшения технико-эксплуатационных параметров функционирования шлюзованных участков водных путей на качественно новом уроне. Слабое распространение вышеназванных методов в практике научных исследований на водном транспорте частично объясняется недостаточной мощностью вычислительных ресурсов, а также отсутствием апробированных и верифицированных математических моделей, позволяющих качественно описывать интересующие гидродинамические явления и напряженно-деформированное состояние наиболее слабых узлов. Одной из целей данной работы является восполнение этого пробела.
Учитывая многогранность и многообразие проблем, возникающих в процессе организации судопропуска, автор считает необходимым основные усилия сконцентрировать на решении двух проблем:
• повышение надежности и эксплуатационной безопасности работы металлоконструкций судоходных шлюзов как наиболее слабого звена системы внутренних водных путей;
• поиск и включение в транспортный процесс резервов сокращения продолжительности цикла шлюзования, на основе совершенствования гидродинамических процессов, сопровождающих наполне- ние/опорожнение камер шлюза.
Для решения проблемы первого направления в работе выполнен анализ технического состояния металлоконструкций современных шлюзов и выявлены наиболее слабые узлы в системе механического оборудования, включая ворота и затворы, а также резьбовые соединения и вспомогательные узлы двухстворчатых ворот (гальсбант и т.д.).
После аварии на Пермском шлюзе специалистами РАКа был выполнен всесторонний анализ технического состояния металлоконструкций, работаю- 
щих под напором. Поэтому после анализа данных эксплуатационных организаций и изучения специальной литературы, автор считает необходимым сосредоточить усилия на поиске совершенствования надежности резьбовых соединений металлоконструкций шлюзов и гальсбантов двухстворчатых ворот. Для исследования и моделирования технического состояния металлоконструкций необходимо создать математические модели напряженно-деформированного состояния узлов. Эти модели верифицировать по натурным и лабораторным данным. Разработка математических моделей дает возможность выполнения серии численных экспериментов, и выявить слабые места в конструкции с точки зрения надежности и устойчивости транспортного процесса. Результаты численных экспериментов открывают возможность наработать круг предложений организационно-технического характера для существенного увеличения прочностного ресурса и надежности слабых узлов механического оборудования шлюза с целью предотвращения их выхода из строя.
Помимо этого, для повышения эксплуатационной надежности шлюзов, в работе рассмотрен вопрос о гидродинамических нагрузках, действующих на рабочие ворота в процессе маневрирования. Знание эпюры гидродинамического давления на рабочие ворота является отправной точкой при оценке остаточного прочностного ресурса конструкции. И только наличие точного ответа на этот вопрос позволяет эксплуатационному персоналу получить развернутое представление о надежности одного из наиболее уязвимых элементов напорного фронта гидроузла.
С целью сокращения цикла шлюзования в работе анализируются современные подходы к решению данной проблемы. Наиболее перспективным для сокращения движенческой составляющей времени шлюзования на сегодняшний момент является совершенствование гидродинамических явлений в потоке на подходах к шлюзам. С одной стороны, это позволит обеспечить нормальные условия судам на подходах к шлюзам, а с другой - реализовать на практике идею “дифференцированных стоянок” для учалки судов в процессе ожидания шлюзования. Для сокращения машинной составляющей времени шлюзования 
необходимо наработать круг мероприятий по совершенствованию гидравлических характеристик существующих конструкций рабочих ворот. С одной стороны, это улучшит условия технической эксплуатации на наиболее уязвимом узле напорного фронта гидроузла, а с другой сократит время наполнения камеры шлюза.
Для проведения исследований автором разработано несколько численных математических моделей и выполнен значительный объем лабораторных и натурных исследований. Наличие верифицированных математических моделей позволяет смоделировать и изучить волновые процессы на подходах к шлюзам и предложить методы совершенствования гидравлических характеристик ворот шлюзов с целью ускорения процесса наполнения камеры.
Работа выполнена на кафедре водных путей и гидротехнических сооружений Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ). Систематические модельные эксперименты по работе резьбового соединения были выполнены в лаборатории прочности судовых конструкций и материалов кафедры сопротивления материалов и конструкции корпуса ВГАВТ совместно с доцентОхМ Л.Н. Авдентовым. Исследования конструкций рабочих ворот были выполнены в лаборатории судопропуска Московской академии водного транспорта (МГАВТ) совместно с профессором, д.т.н. В.А.Кривошеем. Расчет по предлагаемым математическим моделям выполнялся на личной вычислительной технике автора с привлечением ресурсов Нижегородского государственного университета (НГУ) и вычислительного центра ВГАВТ. Вычислительные эксперименты по исследованию волновых процессов в подходных каналах к шлюзам выполнялись на вычислительном кластере в Федеральном институте водного строительства Германии (BAW), где автор проходил стажировку в июне 2003 года (реферат “Судоходные сооружения и шлюзы”).

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФ
ФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ КАК ВАЖНОГО ЗВЕНА ВОДНОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ. 12
1.1. Общие сведения о назначении и работе судоходных
гидротехнических сооружений. 12
1.2. Современное техническое состояние судоходных шлю
зов и обеспечение устойчивости транспортного процесса. 24
1.3. Пути интенсификации судопотоков через шлюзованные
участки внутренних водных путей. 35
1.3.1. Пути сокращения движенческой составляющей времени
судопропуска. 38
1.3.2. Пути сокращения машинной составляющей времени судопропуска. 50
1.4. Основные направления по улучшению технике - эксплуатационных параметров работы судоходных шлюзов. 56
2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОС
НОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ВОРОТ ШЛЮЗА И РЕЧНОГО ПОТОКА. 62
з
2.1. Гидродинамические нагрузки, действующие на рабочие
ворота шлюза. 62
2.2. Разработка математической модели процесса гидродина
мического воздействия потока на рабочие ворота и проблема ее замыкания. 83
2.3. Лабораторные исследования характера взаимодействия
потока и рабочих ворот. 101
2.4. Верификация предлагаемой математической модели с
конкретизацией путей ее замыкания и применения. 111
3. РАСЧЕТЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ПОДХОДНЫХ КАНАЛАХ ШЛЮЗОВ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ CAD/CAE ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 119
3.1. Современные подходы к исследованию волновых явлений формирующихся в подходных каналах при работе
шлюза. 119
3.2. Разработка математической модели волновых процессов
в подходных каналах и способы ее реализации. 125
3.3. Экспериментальные исследования и верификация разработанной математической модели. 140
4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКС
ПЛУАТАЦИИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СУДОХОДНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ. 149
4.1. Современные подходы к исследованию напряженно-
деформированного состояния резьбовых соединений. 149
4.2. Разработка численной модели напряженно - деформи
рованного состояния резьбового соединения и ее верификация по экспериментальным данным. 153
4.3. Разработка математической модели типичного для шлюзов резьбового соединения шток-муфта. 161
4.4. Особенности формирования напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений упорного типа
на судоходных сооружениях. 164
4.4.1. Исследование характера распределения напряжений во
впадинах штока и муфты. 165
4.4.2. Влияние качества изготовления резьбы на уровни напряжений. 169
4.4.3. Воздействие схемы зацепления зубьев резьбовой пары
на уровни максимальных напряжений в области сцепления. 170
4.5. Влияние условий работы и качества изготовления резь
бовых соединений на прочностной ресурс и сроки надежной эксплуатации резьбового соединения. 175
4.6. Систематизация данных об особенностях напряженно
деформированного состояния резьбовых пар и разработка мероприятий по продлению их срока службы. 179
5. РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИКОЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДВУХСТВОРЧАТЫХ ВОРОТ. 182
5.1. Анализ технических условий эксплуатации тяг гальсбан-
тов двухстворчатых ворот судоходных шлюзов. 182 
5.2. Разработка численных моделей исследования напряженно
- деформируемого состояния гальсбантов при различных нагрузках. 190
5.3. Особенности напряженно-деформированного состояния
гальсбантов и оценка влияния коррозии, изготовления, монтажа на прочностной ресурс. 206
5.4. Исследование устойчивости плоских тяг гальсбантов. 217
5.5. Изучение влияния внешних тепловых нагрузок на эксплуатацию тяг гальсбантов. 221
5.6. Влияния внешних динамических нагрузок на напряжен
но-деформированное состояние плоских тяг гальсбантов. 228
5.7. Обоснование рациональных путей и условий технической
эксплуатации гальсбантов с плоскими тягами. 230
6. РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ НАУЧНОМЕТОДИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ В РАБОТЕ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ И ОЦЕНКА ПОВЫШЕ-НИЯ ИХ ЭКСПЛУЦАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ. 235
6.1. Использование конического среза резьбовых соединений
для увеличения срока службы механического оборудования судоходных шлюзов. 235
6.2. Рекомендации по конструктивной доработке подьемно -
jt опускных ворот с уголковым струенаправляющим ко
зырьком. 239
6.3. Рекомендации по совершенствованию конструкции рабочих ворот шлюзов Городецкого района гидротехнических сооружений с целью улучшения условий их экс-
246 
плуатации.
6.4. Исследование волновых процессов в верхних подходных каналах шлюзов с целью создания дифференцированных
& стоянок судов, ожидающих шлюзования. 254
6.5. Рекомендации по улучшению условий судоходства в
подходном канале Нюрнбергского шлюза. 263
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 277
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 283
ПРИЛОЖЕНИЯ 315

Диссертация | 2006 | Россия | docx/pdf | 14.73 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Разработка средств и методов улучшения технико-эксплуатационных параметров работы судоходных шлюзов

релевантные научные источники:
  • Ответы по дисциплине Отраслевая экономика
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | Россия | docx | 0.11 Мб
    Экономическая сущность основных фондов Состав и методы оценки основных фондов Износ основных фондов, его виды Показатели эффективности использования основных фондов Технико- экономические показатели
  • Построение тренировочного процесса лыжников-спринтеров массовых разрядов в подготовительном периоде годичного цикла
    Авдеев Алексей Александрович | Диссертация на соискание учёной степени кандидата педагогических наук. Санкт-Петербург - 2007 | Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 6.31 Мб
    13.00.04 - Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры. ВВЕДЕНИЕ За последние 10 лет в программах соревнований на всех уровнях в
  • Иммунология и аллергология
    | Шпаргалка | 2016 | docx | 0.12 Мб
    1.История формирования представлений об инфекционных заболеваниях и невосприимчивости к ним. Предмет и задачи современной иммунологии. 2.Работы Э.Дженнера по оспопрививанию. Исследования Л.Пастера и
  • Общая хирургия
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | docx | 5.53 Мб
    1. Понятие о хирургии. Связь хирургии с другими дисциплинами. 2. История русской хирургии XVIII-XIX и начала XX века. Земская медицина и ее прогрессивная роль в развитии отечественной хирургии. 3.
  • Бухгалтерская (финансовая) отчетность
    | Лекция | 2016 | Россия | docx | 0.16 Мб
    Тема 1: Концепция бухгалтерской финансовой отчетности в России и международной практике. Сущность, значение и виды отчетности. Требования, предъявляемые к бухгалтерской отчетности. Состав
  • Оперативное планирование и управление текущей деятельностью банка
    | Лекция | 2016 | docx | 0.07 Мб
    Введение 5.1. Модель, формализующая задачу текущего управления ресурсами и рисками банка. 5.2. Подходы к управлению ликвидностью текущей деятельности банка. Метод структуры средств. Метод
  • Ответы по Оториноларингологии
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | docx | 0.14 Мб
    5. Методы обезболивания, показания к отдельным его видам в клинике оториноларингологии. 6. Лазерная хирургия в оториноларингологии, роль клиники СПбГМУв ее развитии. 7. Виды рентгенологических
  • Шпаргалка на экзамен по Хирургии
    | Шпаргалка | 2016 | docx | 0.38 Мб
    1. Особенности современной микрофлоры, вызывающей внутрибольничную инфекцию и воспалительные процессы, патогенетические особенности у детей. 2. Понятие о внутрибольничной инфекции. Особенности
  • Иностранные инвестиции
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | Россия | docx | 0.21 Мб
    1.Экономическая сущность и значение инвестиций. Особенности инвестиционной деятельности. 2. Регулирование инвестиционной деятельностью: уровни, нормативные акты, особенности 3.Субъекты и объекты инв
  • Ответы для государственного экзамена Экономика
    | Ответы к госэкзамену | 2016 | Россия | docx | 2.01 Мб
    ЭКОНОМИКА ПРЕДПРИЯТИЯ 1. Сущность и цель амортизации основных средств. Методы начисления амортизации. 2.Формы и системы оплаты труда. Специфика их применения. 3. Производственная мощность и

Другие источники по дисциплине Эксплуатация водного транспорта, судовождение:

  1. Канализирование русел судоходных рек с целью повышения безопасности судоходства
    Воронина Юлия Евгеньевна | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Нижний Новгород - 2004 | Диссертация | 2004 | Россия | docx/pdf | 7.06 Мб
  2. Улучшение эксплуатации судоходных шлюзов с распределительными системами питания
    Комарова Наталия Рамаиавма | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург - 1996 | Диссертация | 1996 | Россия | docx/pdf | 15.52 Мб
  3. Повышение эффективности эксплуатации судоходных шлюзов на основе исследований, разработки к внедрения новых технических и технологических решений
    Бутин Владилен Петрович | Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. С.-Петербург - 1994 | Диссертация | 1994 | Россия | docx/pdf | 11.69 Мб