10.4. Организация движения судовс экономичными скоростями

Социально значимой задачей на транспорте является рациональное использование энергетических ресурсов, в частности топлива. Во-первых потому, что минеральное топливо получают из невозобнавляемых природных ресурсов. Другая причи на заключается в том, что расходы на топливо и смазку (масла) в эксплуатационных или операционных расходах по содержанию флота составляют около одной трети и, таким образом, сущесвенно влияют на экономические показатели работы транспорта себестоимость перевозок, например. Последняя, как известно, самым прямым образом отражается на стоимости товаров, составляя в некоторых случаях сопоставимую с их непосредственным производством величину.

И, наконец, сжигаемое топливо является серьезным фактором загрязнения окружающей среды, оказывает существенную экологическую нагрузку на природу. Так, по данным международной экологической организации ≪Хельсинская комиссия≫,

выбросы серы с судов в атмосферу бассейна Балтийского моря

составили: 147 и 137 тыс. т. в 2006 и 2007 гг., а окислов азота —

370 и 400 тыс. т. соответственно.

В п. 2.8. приведена зависимость скорости и мощности судов водоизмещающего флота. Фактический же расход топлива судовыми силовыми установками внутреннего сгорания (ДВС), составляющих основную часть современных судовых энергетических установок (СЭУ), зависит не только мощности, но и от режимов их работы, обеспечивающих соответствующую скорость движения. Заметим, что для самоходных грузовых судов различают скорости хода в грузу и порожнем (в балласте), являющихся их паспортными характеристиками, а также так называемую ≪крейсерную скорость≫ транспортных средств.

С точки зрения эффективности управления транспортным процессом имеет место и такое понятие, как ≪экономичная скорость≫.

Нормы следования судов транспортного флота, применяемые в текущем и оперативном управлении, устанавливаются исходя из максимальной скорости движения. Такой подход оправдан при четкой, согласованной работе портов, береговых служб, соблюдении графика обработки судов или при работе флота по расписанию.

Однако, вследствие неравномерной работы флота и ожидания обработки в пунктах обслуживания, реализация движения судов с максимальными скоростями не всегда экономически оправдана.

В процессе оперативного регулирования работы флота с учетом конкретной ситуации возможно снижение скорости движения судов. В этом случае имеет место значительная экономия топлива, обусловленная степенной зависимостью часового расхода топлива от скорости движения судна.

Время, на которое может быть увеличена продолжительность хода без изменения общей длительности рейса и уменьшения объема транспортной работы в конкретной ситуации, назовем резервным. Тогда под экономичной скоростью движения судна понимается скорость, установленная в зависимости от величины резервного времени с учетом соблюдения безопасности плавания и правил технической эксплуатации судовой силовой установки.

Иначе говоря, экономичная скорость движения судна (состава) представляет собой такую скорость, при которой обеспечивается прибытие транспортного средства в пункт назначения к моменту готовности этого пункта начать обслуживание без ожидания с ми- нимально возможным расходом топлива. Использование экономичных режимов хода должно гарантировать выполнение договорных объемов перевозок. Поэтому первоначально необходимо определить, какая часть времени технологических операций может быть использована в качестве резервного. При этом выделяются участки водного пути, на которых по условиям эксплуатации возможно движение судов с пониженной скоростью (назовем эти участки регулируемыми). На основании полученного сообщения диспетчера и нормативов ходового времени рассчитывается время ожидания в пункте обслуживания и оценивается какая его часть может быть использована в качестве резервного.

— нормативное время хода на регулируемых участках с учетом технического состояния судна, ч; j — индекс участка водного пути; с — коэффициент, учитывающий максимальное снижение скорости, допустимое по условиям эксплуатации судовой энергетической установки (c технической точки зрения возможно снижение скорости до 20–25 %, т. к. дальнейшее снижение скорости за счет изменения режима работы главных двигателей — уменьшения частоты вращения — не обеспечивает работу утилизационных устройств и оказывает неблагоприятное воздействие на тепловое состояние двигателей); b — коэффициент, учитывающий затраты времени на задержки в пути и ошибки в прогнозе диспетчера.

.

Выполненные на нескольких линиях Северо-Западного пароходства расчеты показывают, что время ожидания обслуживания в порту может быть использовано в качестве резервного только в том случае, если его величина составляет не менее 9 % от сум-марного времени хода по регулируемым участкам.

При наличии резервного времени осуществляется его распределение по регулируемым участкам, в результате чего определяется экономичная скорость движения судна на каждом j-ом участке пути.

Данная задача относится к классу оптимизационных и может быть решена сиспользованием методов вариационного исчисления.

Ветер и вызываемое им волнение, как уже указывалось, приводят к увеличению сопротивления среды движению судна, ухудшают условия совместной работы комплекса корпус — двигатель — винт. В результате снижается скорость судна, увеличивается нагрузка главных двигателей, повышается расход топлива. Исследованиями установлено, что наиболее значительными и существенными для практических расчетов являются потери скорости в условиях волнения. Действующие методические документы по топливоиспользованию рекомендуют учитывать только потери скорости. Имеющиеся исследования по расчету винтовых характеристик судов в условиях волнений имеют в большей степени теоретический характер, очень трудоемки и не могут быть использованы в практических расчетах.

В связи с этим в расчетах часового расхода топлива при движении с технической и экономичной скоростью влияние ветро-волнового режима на расход топлива не учитывается.

Таким образом приходим к вариационной задаче об отыскании оптимальной скорости движения судна, которая обеспечила бы минимум расхода топлива на прохождение трассы длиной L, состоящей из N регулируемых участков, за время Т.

Для известных значений экономичной и технической скоро-

стей движения судов по участкам пути можно определить экономию топлива от реализации движения судов экономичным ходом.

.