Классификация сухогрузов по размерам

Введение

Главная задача технологического проектирования морского порта - получение оптимального решения порта как единого комплекса, удовлетворяющего требованиям безопасного приема, быстрейшей загрузки-разгрузки и комплексного обслуживания современных и перспективных транспортных судов и отвечающего условиям прогрессивных способов перевозок на морском и смежных видах транспорта.

При этом должны быть обеспечены: заданная пропускная способность порта или грузооборот на расчетный год, возможность развития порта за пределами расчетного периода на отдаленную перспективу, экологическая безопасность и экономическая целесообразность принятых решений.

Основными элементами технологической структуры проектируемого порта являются перегрузочные комплексы (ПК).Перегрузочные комплексы представляют совокупность технических средств (сооружений, зданий, оборудования, обустройств, транспортных и инженерных коммуникаций), необходимых для приема, загрузки-разгрузки и комплексного обслуживания транспортных морских судов, а также приема (передачи) грузов с железнодорожного, речного, автомобильного, трубопроводного и других смежных видов транспорта.

В соответствии с современными и перспективными методами перевозки и перегрузки грузов морской торговый порт в зависимости от структуры грузооборота может иметь в своем составе перегрузочные комплексы для навалочно-насыпных грузов (уголь, руда, химические грузы, минерально-строительные грузы, сахар-сырец, зерновые и зернофуражные грузы и др.).

На начальных стадиях проектирования должны рассматриваться, как правило, не менее двух конкурентоспособных вариантов технологического процесса и компоновки генерального плана перегрузочного комплекса.

Расчетные показатели технического уровня производства и строительных решений, полученные при проектировании новых, реконструкции и модернизации действующих морских портов, перегрузочных комплексов и отдельных объектов должны быть не ниже нормативных или аналогичных прогрессивных показателей.

На основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих разделов проекта, выполняются расчеты эффективности инвестиций.

1.Определение геометрических параметров СРМ

При выборе основных геометрических параметров СРМ учитываются: род перегружаемого груза и его главные физико-механические свойства (с учетом возможных их нарушений при переработке тем или иным типом СРМ, в первую очередь – ее вертикальным подъемником); тип, главные размерения, другие характеристики и конструктивные особенности грузовых помещений проектного судна (приложение 2); характеристика причального сооружения; технологическая схема перегрузки; взаимодействующий наземный транспорт. Факторы, обуславливающие окончательный выбор СРМ, могут быть представлены как технико-технологические, экономические и социально-экологические. Окончательное решение вопроса определяется на основе системного анализа всех групп показателей и является весьма трудоемким. Поэтому для оперативной оценки целесообразности выбора типа и параметров СРМ может быть использован приближенный метод, заключающийся в сравнении энергоемкости альтернативных типов СРМ.

Определение основных конструктивно-технологических размеров СРМ (высоты вертикального подъемника, длины стрелового конвейера и других) производится (рис. 8) с учетом главных размерений расчетного типа судна и его конструктивных особенностей, а также требований нормативных документов в части технологического проектирования СКНГ и условий обеспечения работоспособности машины.

Высота вертикального подъемника (для пневмоперегрузочной машины – вертикального всасывающего трубопровода) определяется (независимо от его типа) для всех СРМ по условия обеспечения захвата (забора) остаточного слоя груза в трюме (т.е. при минимальной осадке) судна с наибольшей высотой борта.

,

где H_C – высота борта судна, м;

h_K – 1,25-1,75 м – высота комингса люка;

h_M– конструктивный размер вертикального подъемника;

h_Д = 1,5-2,0 м – высота двойного дна судна;

h_Б = 0,2-0,3 м – зазор, обеспечивающий безопасность работы нижней оконечности вертикального подъемника или заборного органа.

Рис.8. Расчетная схема судоразгрузочной машины: 1 – вертикальный подъемник; 2 – механизм наклона вертикального подъемника; 3 – стреловой конвейер; 4 – оттяжка стрелового конвейера; 5 – механизм наклона стрелового конвейера; 6 – противовес стрелового конвейера; 7 – приемный бункер; 8 – опорно-поворотное устройство; 9 – ходовая тележка; 10 – портал; 11 – пересыпное устройство; 12 – причальные конвейерные линии.

Максимальный вылет стрелового конвейера (стрелового участка трубопровода ППУ) R_max определяется по условию обеспечения ввода вертикального подъемника в подпалубное пространство трюма (под комингс люка к ''морскому'' борту) на величину ''запаса вылета'' ΔR = 1,2-1,8 м (при определении вылета стрелового конвейера принимается установка его опорно-поворотного устройства в центре портала)

, м

где B_M – колея портала СРМ (на предварительном этапе расчета принимается равной стандартной колее двухпутных крановых порталов, равной 10,5 м);

B_C – ширина судна, м;

B_Л – ширина люка трюма, м;

а₁ – расстояние от оси ''морского'' рельса подкрановых (''подмашинных'') путей до ''кордона'' (кромки причала), зависящее от расположения электроколонок и швартовных тумб; в соответствии с ''Нормами технологического проектирования морских портов ВНТП 01-78'' [3, с. 32-48]; a₁ = 2,75 (3,2 м)

а₂ – расстояние от борта судна до кордона; с учетом установки на ''стенке'' причала отбойных устройств а₂ = 1,0-1,5 м.

Конструктивная высота над уровнем причала шарнира крепления стрелового конвейера на портале

,

где расстояние между стреловым конвейером и поверхностью причала (судно в балласте), м;

h^1б – зазор между стреловым конвейером (при его крайнем нижнем положении) и комингсом люка; h^1б = 1 м;

h_ПР – возвышение кордона причала над средним многолетним уровнем воды акватории порта за навигационный период; для ''неприливного'' моря (с приливом до 0,5 м) h_ПР = 2м;

H_в.м. – расстояние, зависящее от конструктивного исполнения и компоновки портала и других узлов СРМ (опорно-поворотного и пересыпного устройств и т.д), а также от расположения приемных устройств (бункеров) береговых транспортных средств; в случае установки под порталом причальной конвейерной линии (линий); в случае расстояния H_С.К.= 6-7 м H₁ = 3 м; при H₁ = 2 м; , H₁ = 1 м; ; H₁ = 0 м.

Длина стрелового конвейера

После определения угла наклона стрелового конвейера (при следует убедится в выполнении требования

β ≤ φ_д – (10º-15º)

где φ_д– угол естественного откоса груза в движении (приложение 3).

2.Расчет основных технико-эксплуатационных параметров альтернативных СРМ

2.1. Элеваторно - конвейерная машина

Судоразгрузочныеэлеваторно-конвейерные машины (ЭКМ) выполняют подъем груза вертикальным (или установленным под углом ±αº) подъемником – ковшовым (цепным или ленточным) элеватором на высоту . Перемещение груза по стреле к центру вращения поворотной части СРМ производится стреловым ленточным конвейером длиной (рис. 8), причем при расчете основных параметров машины принимают углы наклона: элеватора α = 0º и конвейера

В расчетном варианте предполагается использование ЭКМ с ковшово-цепным элеватором. Основными параметрами машины, варьируемыми в расчете, являются: ширина ковшей элеватора и скорость его тягового органа (цепи) ; ширина ленты стрелового конвейера и скорость ее движения ; мощность «главных» (совершающих главного технологическое перемещение груза из трюма в зону береговых приемных устройств) электродвигателей вертикального элеватора (в общем случае ''подъемника''), стрелового конвейера (соответственно: и ) и их суммарная мощность ; суммарная мощность ''вспомогательных'' (обеспечивающих установочные движения: поворот и изменение вылета стрелы, передвижение машины и т.д.) электродвителей (по аналогии с известными моделями элеваторно-конвейерных машин полагают = 145 кВт); стоимость электроэнергии ( необходимой для работы двигателей СРМ при реализации заданного грузооборота

Очевидно, что для элеваторно-конвейерной машины должно выполнятся условие

,

где паспортная производительность машины, т/ч;

производительность элеватора, т/ч;

производительность стрелового конвейера, т/ч.

Производительность любой машины непрерывного действия

т/ч,

где – погонная нагрузка от перемещаемого груза, кг/м;

скорость тягового органа, м/с.

Применительно к ковшовому элеватору

где емкость ковша, л;

шаг ковшей, м;

насыпная плотность груза, т/м³;

коэффициент заполнения ковша (для заданных условий работы и номенклатуры перерабатываемых грузов );

м/с скорость тяговой цепи.

Погонная емкость ковшей

=

По полученному значению погонной емкости ковшей определяют их тип, емкость, ширину, шаг установки [4, с.176]. Для ковшового элеватора

кВт,

где установочная мощность электродвигателя;

коэффициент запаса мощности;

к.п.д.;

эпирический коэффициент; для элеватора рассматриваемого типа

При выборе [4, с. 16] электродвигателя необходимо выполнение условия

Ширина ленты стрелового конвейера

где коэффициент учета наклона конвейера при ;

;

коэффициент производительности; при угле наклона боковых роликов желобчатой роликоопоры и угле естественного откоса груза на ленте при ее движении С = 480-625;

скорость ленты конвейера; для заданных условий м/с.

Мощность на валу приводного барабана стрелового конвейера

Мощность, требуемая для подъема груза на высоту (рис. 8) непрерывным потоком с производительностью П

кВт.

Мощность, требуемая для преодоления сопротивления перемещению груза на горизонтальном участке

кВт,

где W- общий коэффициент сопротивления движению груза;

для роликоопор на подшипниках скольжения W = 0,03-0,04

Установочная мощность (кВт) приводного электродвигателя стрелового ленточного конвейера

где коэффициент, зависящий от длины стрелового конвейера (при диапазоне длин, необходимых для обработки заданных типов судов .

Общая мощность ''главных'' электродвигателей (предназначенных для технологического перемещения груза)

Общая мощность электродвигателей ЭКМ

Удельная мощность главных электродвигателей

- ч / т

Удельная мощность общая

– ч / т

Стоимость электроэнергии (грн), потребляемой главными (''технологическими'') электродвигателями (приводы вертикального элеватора и стрелового конвейера) при освоении заданного грузооборота

,

где коэффициент, учитывающий работу двигателей при опробовании;

коэффициент одновременной работы двигателей; для главных двигателей СРМ механического действия ;

коэффициент использования мощности электродвигателей;

стоимость (грн/кВт-ч) 1 кВт ''активной'' энергии, зависящая от района использования СРМ;

стоимость (грн/кВт-ч) 1 кВт заявленной владельцем машины мощности главных двигателей (зависит от района установки СРМ);

коэффициент ''спроса'' главных двигателей;

количество рабочих дней, необходимых для реализации заданного грузопотока; где - годовой грузопоток, эксплуатационная производительность СРМ;

- число дней в году.

Стоимость электроэнергии (грн), потребляемой ''вспомогательными'' электродвигателями при реализации заданного грузооборота

,

где коэффициент одновременной работы ''вспомогательных'' двигателей;

коэффициент использования мощности ''вспомогательных'' двигательных;

коэффициент ''спроса'' для вспомогательных двигателей.

Полная стоимость электроэнергии, потребляемой ЭКМ

Удельная стоимость потребляемой электроэнергии (грн/т)

;

2.2. СРМ с винтовыми конвейерами

Машины с винтовыми конвейерами получили широкое распространение и производятся многими известными компаниями. Как правило, независимо от фирмы-производителя в портовой практике и зарубежной технической литературе их называют «Сивертелл» (согласно названию компании, первой разработавшей соответствующие винтовые конвейеры и начавшие производство судоразгрузочных).

Перемещение груза машинами с винтовыми конвейерами (МВК) производится посредством двух винтовых конвейеров (шнеков) – вертикального (подъем груза на высоту Н_в.п) и стрелового длиной L_к (рис. 8). Как и для других типов СРМ, при проектировании или подборе МВК необходимо выполнение условия

где: П_в.вП_с.в – производительность (соответственно) вертикального и стрелового винтовых конвейеров, т/ч.

Расчетными параметрами при подборке МВК являются: диаметр винта Д_в; шаг винта t_в; мощность приводных двигателей «главных» вертикального и стрелового конвейеров; мощность приводных двигателей «вспомогательных» механизмов машины (для машины шнекового типа ); общая мощность электродвигателей машины N_ш.м; стоимость потребляемой электроэнергии.

Для стрелового винтового конвейера (при максимальном угле его наклона)

где: П_с.в. – производительность стрелового конвейера т/ч;

Д_в – диаметр винта, Д_в=100, 200…700, 800мм;

t_в – шаг винта (для предусмотренной в задании номенклатуры грузов 0,7-0,8мм;

n_в – частота вращения винта, мин^-1;

ψ – коэффициент наполнения поперечного сечения желоба (трубы) конвейера 0,38-0,4;

С_β – коэффициент, зависящий от максимального угла наклона конвейера.

Задавшись предварительными значениями диаметра, шага и частотой вращения винта определяем возможную производительность стрелового конвейера. При получении значения производительности П¹, отличающейся от требуемой производительности П на ± 5%, корректируют предварительно принятые значения параметров конвейера (в противном случае расчет повторяется при новых значениях параметров). Для вертикального конвейера принимают те же значения Д_в, t_в, n_в, ψ.

Установочная мощность приводного электродвигателя стрелового конвейера

где: W_м – коэффициент сопротивления вращению наклонного винта, зависящий от рода транспортируемого груза и частоты вращения винта, для зерновых грузов и возможно по исходным данным) диапазоне частоты вращения винта - 1,4-1,7. Для данных условий n_у=1,4-1,5.

Установочная мощность приводного электродвигателя вертикального винтового конвейера с достаточной степенью точности определяется как

где:W_в – коэффициент сопротивления вращению вертикального винта; для рассматриваемой номенклатуры грузов W_в=6,5-7,8; для данных условий n_у=1,65-1,75.

По каталогу выбираем асинхронные электродвигатели (указывается типоразмер) вертикального и стрелового винтовых конвейеров, имеющие при соответствующей частоте вращения n_в.ви n_с.в мощность соответственно и (причем ).

Общая мощность главных электродвигателей, предназначенных для перемещения груза.

Общая мощность электродвигателей МВК

В соответствии с п.1.3.1. определяется стоимость потребляемой электроэнергии , и , удельная стоимость электроэнергии и , удельная мощность и .

2.3. Скребково-конвейерная машина

Перемещение груза судоразгрузочными скребково-ковшевыми машинами (СКМ) производится путем подъема груза из трюма на высоту Н_в.п вертикальным скребковым конвейером сплошного волочения (с контурными скребками) и его перемещением по стреле к центру вращения поворотной части стреловым ленточным конвейером длиной L_с. Если пренебречь некоторыми особенностями компоновки головки (верхней части) вертикального скребкового конвейера сплошного волочения, то можно принять ширину ленты В_п и мощность электродвигателя стрелового ленточного конвейера равным значениям полученным в п. 1.3.1. Тогда определяемыми параметрами для СКМ является: В_ж и глубина Т_ж желоба вертикального конвейера; ширина В_с и глубина скребка h_с; скорость тягового органа цепи V_ц; мощность приводного электродвигателя вертикального скребкового конвейера ; общая мощность электродвигателей машины

где: 150 кВт (для машин скребково-конвейерного типа)

Для конвейеров сплошного волочения

где: В_с – ширина скребка, мм;

к_с – коэффициент, учитывающий соотношение ширины и глубины скребка h_с, для вертикального конвейера, к_с=В_с/h_с=1,85-1,95;

к₀ – коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера, при перемещении зерновых грузов вертикальным конвейером сплошного волочения, к₀=0,48-0,52;

V_ц – скорость цепи, при перемещении груза в вертикальном закрытом желобе, V_ц=0,2-0,3 м/с.

По аналогии с выполненными конструкциями принимаем ширину желоба В_Ж = В_С + (20-25) мм, глубину желоба Т_Ж = h_C + (35-40) мм.
Мощность на валу вертикального скребкового конвейера (кВт)

.

Установочная мощность приводного электродвигателя вертикального стрелового конвейера

.

По каталогу (4, с. 16) выбираем асинхронный электродвигатель (указывается типоразмер электродвигателя) мощностью N_СК.М при частоте вращения n_В.СК, причем

Общая мощность главных электродвигателей, предназначенных для перемещения груза

Общая мощность электродвигателей скребково-конвейерной машины

Стоимость потребляемой электроэнергии , и , удельная стоимость потребляемой электроэнергии ( и ) и удельная мощность ( и ) определяются в соответствии с п.1.3.1.

2.4. Машина с «двухленточным» конвейером

Принятая для расчета конструктивная схема машины с двухленточным (''двойным'') конвейером (МДК) предусматривает вертикальным (или под углом ±αº) подъем груза на высоту H_В.П и последующее его перемещение к береговым приемным устройствам по стреле на расстояние L_C под углом βº с помощью двухленточного конвейера. Расчетным случаем является положение вертикального участка двойного конвейера под углом α = 0º и горизонтального – при β=β_max. Определению (расчету подлежат следующие параметры МДК: ширина грузонесущей и прижимной лент конвейера , скорость их движения V_Л, машина и глубина кожуха двухленточного конвейера (соответственно B_К и Т_К), мощность приводного (главного) электродвигателя конвейера , общая мощность электродвигателя машины (для МДК принята ), стоимость (полная и удельная и ).

Для двухленточного конвейера

где полезная ширина ленты, м;

С₁ = (37,5-75,0) – коэффициент производительности для двухленточного конвейеров [4, c. 326];

V_П = 1,75-2,35 м/c. (для заданного рода груза и диапазона значений производительности МДК).

Полная ширина лент (с учетом участков обжатия их прижимными катками)

Полученное значение округляют до ближайшего большего стандартного значения [4, c. 27].

Ширина герметичного кожуха двухленточного конвейера по техническим данным существующих МДК , глубина кожуха T_K = (0,7-0,8) B_K.

Мощность, требующая для перемещения груза по трассе с параметрами H_В.П и L_C.

Мощность, требующая для подъема груза на вертикальном участке

кВт,

где γ = 0,105-0,109 – эмпирический коэффициент;

ξ = 1,05-1,08 – коэффициент учета возможного уменьшения скорости груза относительно скорости ленты.

Мощность (кВт), требующаяся для перемещения груза по стреловому участку двухленточного конвейера;

,

где КД = 1,27-1,3 – эмпирический коэффициент, учитывающий запас мощности на перемещение прижимной ленты;

К1 – коэффициент, зависящий от длины стрелового участка ( ) двухленточного конвейера; (при диапазоне значений , необходимых для обработки заданных типов судов, К₁ = 1,11 – 1,12);

W = 0,03 – 0,04 – общий коэффициент сопротивления движению груза при использовании роликоопор тягового органа на шарикоподшипниках;

W_К = 0,02-0,022 – коэффициент сопротивления движению ленты по прижимным обрезиненным каткам.

Установочная мощность (кВт) приводного электродвигателя двухленточного конвейера (''главного'' двигателя МДК)

где n_У = 1,11-1,12 – коэффициент запаса мощности;

– коэффициент полезного действия привода двухленточного конвейера.

По каталогу [4, с. 16] выбираем асинхронный электродвигатель (указывается типоразмер) мощностью при частоте вращения n (мин^-1), причем ≤ .

Общая мощность электродвигателей машины

Стоимость электроэнергии, потребляемой главными и вспомогательными электродвигателями машины (соответственно ) полная С_МДК и удельная (С_2МДК и ) стоимость потребляемой электроэнергии и удельная мощность ( ) определяется в соответствии с методикой, изложенной в п. 1.3.1. настоящих указаний.

Таблица

Сравнительная энергоемкость СПМ различных типов

№ пп	Параметр	ЭКМ	МВК	СКМ	МДК	ППМ
1.	Мощность электродвигателя вертикального подъемника, кВт
2.	Мощность электродвигателя стрелового конвейера, кВт
3.	Суммарная мощность главных электродвигателей, кВт
4.	Суммарная мощность вспомогательных электродвигателей, кВт
5.	Общая мощность электродвигателей, кВт
6.	Стоимость электроэнергии, потребляемой вспомогательными двигателями, грн.
7.	Стоимость электроэнергии, потребляемой двигателями, грн.
8.	Полная стоимость электроэнергии, потребляемой СРМ при реализации заданного грузопотока, грн.
9.	Удельная стоимость электроэнергии, потребляемой главными двигателями, грн/т
10.	Удельная стоимость (полная) потребляемой электроэнергии, грн/т
11.	Удельная мощность главных электродвигателей, кВт/(т/ч)
12.	Общая удельная мощность СРМ, кВт/(т/ч)
Вывод:

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Классификация сухогрузов по размерам

Мировая классификация грузовых судов по размерам опирается на возможности портов и терминалов по приёму судовразного размера и на пропускных способностях наиболее важных каналов (Суэцкого и Панамского).

Классы балкеров
	Название	Дедвейт в тоннах	Описание
	Минибалкеры (Minibulkers)	До 15 000	Мини-балкеры с дедвейтом до 15.000 тонн предназначены в основном для каботажного плавания и по внутренним путям. Экипаж таких судов обычно не превышает 14 человек. По сравнению с большими судами эти сухогрузы небольшие, они могут заходить в морские порты по всему миру.
	Хендисайз (Handysize)	15000 – 35000	Хендисайз обычно относится к сухогрузам с дедвейтом около 15 000 – 35 000 тонн. Они составляют 37 % всего балкерного флота по тоннажу. Главной особенностью этого типа балкеров являются собственные краны (обычно 4-5) грузоподъемностью в среднем 30 тонн, что позволяет им осуществлять грузовые работы дешевле и в портах, где не предусмотрены грузовые средства для погрузки/разгрузки балкеров. Это группа судов с наиболее распространенными размерами, их насчитывается свыше 2000 ед., суммарная грузоподъемность равна 43 млн т.
	Хендимакс или Супрамакс (HandymaxorSupramax)	35000 – 60000	Хендимакс или Супрамакс является морским термином, используемым для описания сухогруза, дедвейтом между 35 000 и 60 000 тонн. Современные Хендимаксы обычно имеют размеры 52 000 – 58 000 DWT, 5 грузовых отсеков и 4 крана грузоподъемностью по 30 тонн.
	Панамакс (Panamax)	60000– 100000	Суда, классифицируемые как Панамакс, имеют максимальные размеры, которые определяются размерами шлюзов и глубиной воды в Панамском канале. Максимальные размеры судна для прохождения канала: Длина: 294,1 м, Ширина: 32,3 м, Осадка: 12,0 м. Высота 57,91 м от ватерлинии судна до его высшей точки. Водоизмещение обычно составляет 65.000 тонн.
	Кейпсайз (Capsize)	100000 и выше	Термин Кейпсайз обычно используется для описания балкеров, а не танкеров. Стандартный балкер Кейпсайз около 175 000 dwt, хотя строились и более крупные суда (обычно предназначенные для транспортировки руды) до 400 000 dwt. Большие размеры и глубокая осадка этих судов означают, что только крупнейшие терминалы могут их принять. Суда, которые из-за своих больших размеров не могут проходить через Суэцкий или Панамский каналы и огибают мыс Горн Южной Америки или мыс Доброй Надежды на юге Африки. Такие суда узкоспециализированы: 93 % перевозимого ими груза составляют уголь и руда.

Приложение 2.

Схемы механизации перегрузки навалочно-насыпных грузов