5_ТОПП учебное пособие. Н. Н. Казаков мво образования Респ. Беларусь, Белорус гос унт трансп. Гомель Белгут, 2009. 207 с
 Скачать 4.82 Mb.
|
|
4 .7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота Любая система организации перевозочного процесса характеризуется лимитирующими параметрами, достижение экстремальных значений которых при определенных условиях может привести к различным отказам, нарушениям нормального ее функционирования и прочим негативным последствиям. Для того чтобы подобных фактов не происходило, требуется оценивать данные параметры, знать их критические значения и соотносить со значениями других взаимосвязанных параметров. В практике эксплуатации водного транспорта ив технологии его перевозочного процесса в качестве таких параметров выступают провозная способность флота и пропускная способность пути и портов. Водный путь состоит из отдельных участков, отличающихся значительным многообразием условий плавания, оказывающих непосредственное влияние на динамику движения по ним флота. Так, например, на плёсовых участках, на водохранилищах допускается беспрепятственное встречное движение и обгоны судов, в то время как на каналах, некоторых перекатах, излучинах встречи и обгоны судов должны быть ограничены либо вообще запрещены. Участки водного путина которых исключаются встречное движение судов и обгоны, называются однопутными. Такие участки лимитируют движение судов по водному пути в целом. Характерными параметрами однопутных участков в естественных условиях реки являются ширина или радиус закругления судового хода (см. рисунок 1.14), а для шлюзов размеры камер и число ниток. Однопутные участки оказывают решающее влияние на технические характеристики флота, который может эксплуатироваться по ним, организацию его движения, ограничивая тем самым пропускную способность пути. Подп ро пуск ной способностью водного пути понимается максимальное число судов (составов) или тонн груза, которые могут проследовать через лимитирующий участок пути в обоих направлениях за расчетный промежуток времени, при определенных технических характеристиках судов и принятой организации движения по участку. Пропускная способность водного пути зависит от следующих основных факторов ограничительных параметров лимитирующих участков (ширины, глубины, радиуса закругления, скорости течения воды, протяженности естественных лимитирующих участков, а также габаритных размеров каналов и камер шлюзов 4 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ И ДВИЖЕНИЯ ФЛОТА 114 технических и эксплуатационных характеристик судов, эксплуатируемых по ним (главных размерений, грузоподъемности, осадки, скорости, маневренных качеств тип навигационного оборудования (освещаемое допускается движение флота по участку круглосуточно, неосвещаемое движение возможно только в светлое время суток организации пропуска судов через лимитирующие участки. Как видно, пропускная способность водного пути является непросто технической его характеристикой. Она определяет размеры перевозок на каждом участке водного пути и тесно связана с провозной способностью флота. Подп ров о зной способностью флота понимается максимальное количество груза, которое может перевезти группа судов за расчетный промежуток времени, при определенных характеристиках груза, способе его размещения в судах и принятой организации движения флота. Если значение провозной способности флота и пропускной способности водного пути соизмеримы, то это говорит о том, что данная система организации перевозочного процесса не имеет резерва для своего развития и работает на пределе своих возможностей если провозная способность флота ниже пропускной способности водного пути существует резерв для развития системы организации перевозок если же провозная способность флота оказывается выше пропускной способности пути, то требуется разрабатывать мероприятия по повышению последней либо изменять систему организации перевозочного процесса. 4 .7.1 Расчет пропускной способности однопутного участка водного пути В наибольшей степени ограничивают пропускную способность пути однопутные участки и судопропускные сооружения, поэтому при определении пропускной способности естественные и искусственные участки водного пути рассматривают отдельно, разделяя их на однопутные и многопутные. Расчет пропускной способности пути осуществляют, как правило, либо аналитически, либо графически. Сущность графического способа заключается в том, что на суточном поле строится насыщенный график движения судов, по которому и определяется число пар судов (составов или плотов, которые могут проследовать по участку водного пути за сутки. 4.7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота 115 Пропускная способность многопутного участка водного пути достаточно велика (что является одним из преимуществ водного транспорта относительно других его видов) и рассчитывается в особых случаях. Наибольшей практической значимостью обладает расчет пропускной способности однопутного участка. Аналитически пропускная способность водного пути определяется исходя из зависимости , t оу в п 24 П τ (4.10) где τ – коэффициент использования времени на пропуск судов и составов за сутки оу t – средний период графика движения флота, ч. Периодом графика называется время между последующими отправлениями судов или составов водном направлении. Данное время можно определить из зависимости и c оу l (4.11) где с – длина расчетного судна или состава, км и – интервал попутного следования (минимальный запас расстояния между двумя судами, следующими в попутном направлении, км U техническая скорость движения судна (состава, км/сут. Для определения пропускной способности графически требуется простроить график движения судов на однопутном участке. При этом устанавливается расчетная длина участка (рисунок 4.10): и c оу рсч l l l L (4.12) где l оу – протяженность однопутного участка водного пути, км, и время, в течение которого участок занят судном (составом . U t рсч х l (4.13) вв х t вн оу t вв оу t вн ход оу t L c вв + l и вв l оу А Б В 4 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ И ДВИЖЕНИЯ ФЛОТА 116 Рисунок 4.10 Определение периода графика движения флота на однопутном участке при организации одиночного пропуска судов Точка А характеризует момент, когда судно, следующее вверх, покидает однопутный участок, точка Б момент времени, когда судно, следующее вверх, преодолело расчетную длину участка, то есть фактическую длину участка и дополнительный запас (формула (4.12), рисунок 4.11), точка В момент времени начала пропуска по участку судна, следующего вниз. Рисунок 4.11 Схема пропуска судов по однопутному участку водного пути 1 – пойма реки 2 – кромка судового хода 3 – ось судового хода Дальнейшее построение графика продолжается по полной аналогии для судна, следующего вниз итак далее до истечения суток. Как видно из рисунка 4.11, период графика движения флота на однопутном участке может быть определен из зависимости , вн оу вн х вв оу вв ход оу t t t t t (4.14) где – соответственно продолжительность движения судна вверх и вниз по участку, периоды графика движения флота по участку по направлениям. Продолжительность движения судов вверх и вниз по участку определяется по формуле . U l t вв(вн) вв(вн) оу вв(вн) х (4.15) Одним из организационных мероприятий повышения пропускной способности водного пути и, как частного случая, однопутного участка является организация пропуска не одиночных судов, а их серий. На L с Остров L с l и l оу l рсч 1 1 2 2 2 2 3 ив ноу в в оу в н х в в х 4.7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота 117 рисунке 4.12 приведена схема серийного пропуска судов по однопутному участку водного пути. При серийном пропуске судов, как видно из рисунка, период графика определяется по формуле ), ( вн оу вв оу вн х вв х сер оу t t n t t t (4.16) где n – количество судов в серии. Рисунок 4.12 Схема серийного пропуска судов по однопутному участку серия 4 судна) Анализируя приведенные зависимости, можно видеть, что число судов, которое может проследовать через однопутный участок при одиночном пропуске судов меньше, чем при серийном (рисунок 4.13). Несмотря на то, что пропускная способность водного пути возрастает с ростом числа судов в серии, использование серийного пропуска сопряжено с рядом организационных сложностей. Например, чтобы к однопутному участку с небольшой временной разбежкой подходили суда, требуется организовать движение судов по специальному расписанию, однако стохастичность транспортного процесса не всегда это позволяет. Если же движение судов организовывать не по расписанию, то суда, прибывающие к участку ранее других, должны простаивать определенное время, ожидая других судов серии. Для оценки эффективности такой организационной меры требуется сравнивать потери, возникающие вследствие простоя флота в ожидании 0 1 2 3 4 n сер П ВП Рисунок 4.13 Зависимость пропускной способности участка от количества судов в серии сер оу t l оу вв оу t вн оу t 4 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ И ДВИЖЕНИЯ ФЛОТА 118 серии судов с эффектом от использования серийного пропуска и роста пропускной способности. 4 .7.2 Расчет пропускной способности шлюзованной системы Наличие на водных путях гидротехнических сооружений, таких как судоходные шлюзы, предполагает решение задачи пропуска через них судов с минимальными потерями провозной способности. Технология шлюзования заключается во входе судна из одного бьефа в камеру, выравнивании уровней воды в камере с другим бьефом или со смежной камерой, выходе судна в другой бьеф или переходе в смежную камеру. Расчет пропускной способности шлюза сводится к расчету времени перемещения судна или группы одновременно шлюзуемых судов из бьефа в бьеф. Зная это время, можно рассчитать число шлюзований в сутки, а умножив массу груза в шлюзуемой группе судов на число шлю- зований пропускную способность шлюза за сутки, а затем и за любой период (месяц, навигацию. В однокамерном однониточном шлюзе (рисунок 4.14 ) створы I и V фиксируют место стоянки судна у швартовных пал соответсвенно в верхнем ВБ и нижнем НБ бьефах при двустороннем пропуске судов через шлюз. При двустороннем пропуске происходит поочередная смена направлений движения судов через шлюз из верхнего бьефа в нижний, затем из нижнего в верхний, снова из верхнего в нижний итак далее. Расположение судов, ожидающих шлюзования при двустороннем пропуске, на значительном расстоянии отворот шлюза объясняется необходимостью обеспечить свободу маневра судну, выходящему из камеры. Створы II и IV определяют место стоянки судна в ожидании шлюзования при одностороннем пропуске. Процесс двустороннего шлюзования из верхнего бьефа в нижний начинается с момента пересечения носовой частью судна створа I. Путь ввода судна в камеру l вв измеряют от места стоянки у створа I до места стоянки в камере (створа путь вывода l выв – от створа III до положения, соответствующего моменту проследования кормой судна створа V. Путь ввода (вывода) при двустороннем пропуске определяется по формуле l вв l выв а шл а шл ВБ НБ I II III IV V Рисунок 4.14 Схема однокамерного однониточного шлюза со шлюзуемым судном 4.7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота 119 шл с кам дв вв(выв) 2 1 a ) L (L l , (4.17) где L кам – длина камеры шлюза с длина шлюзуемого судна (состава a шл – расстояние между створами I и II или V и IV. Значение величины a шл находят расчетным путем. Чем больше эта величина, тем более безопасны условия для судов, выходящих из шлюза, но увеличиваются капитальные вложения в строительство и сооружение швартовных пал. При одностороннем пропуске путь ввода определяется положением судна у швартового пала перед створом II или IV и положением судна в камере (створ III). Путь вывода измеряют от створа III до положения судна в момент проследования его кормовой части створа II или IV: ) ( 2 с кам од вв(выв) L L l . (4.18) Время ввода (вывода) определяют как частное отделения пути ввода (вывода) на среднюю скорость ввода (вывода вв(выв) вв(выв) вв(выв) υ l t , (4.19) где υ вв (выв) – средняя скорость ввода (вывода) судна. Средняя скорость ввода (вывода) (рисунок 4.15) зависит от типа судна, нагрузки на единицу мощности толкача (для состава, маневренных качеств судна и мастерства судоводителей. Если ввод судна в камеру осуществляется от места стоянки у швартового пала, то скорость ввода изменяется от нулевого значения упала до нулевого же значения у стенки шлюза. Скорость вывода изменяется от нулевого значения у стенки шлюза до некоторой величины, ограниченной скоростью движения судна в подходном канале. Если ввод судна в камеру осуществляется без его остановки, то скорость ввода изменяется от некоторой величины, соответствующей скорости судна на подходе к шлюзу, до нулевого значения. Ввод Вывод 0 l υ Рисунок 4.15 – Изменение скорости ввода (вывода) судна в камеру (из камеры) шлюза в процессе шлюзования 4 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ И ДВИЖЕНИЯ ФЛОТА 120 После ввода судна в камеру происходят следующие технические операции в камере с определенными затратами времени швартовка судна t шв , закрытие ворот з, опорожнение или наполнение камеры с целью выравнивания уровней воды в камере и бьефе, в который судно переходит, t оп(нап) , открытие ворот от, отшвартовка судна t отш . Таким образом, время всего процесса шлюзования при двустороннем пропуске одиночного судна через однокамерный шлюз t шл.од.дв складывается из времени следующих операций выв отш от оп(нап) з шв вв шл.од.дв t t t t t t t t . (4.20) Продолжительность технических операций в камере следующая швартовка судна – 2,5 минут наполнение (опорожнение) камеры – 10 минут отшвартовка – 1,5 минуты открытие и закрытие ворот шлюза – 2 минуты. Средняя общая продолжительность шлюзования с учетом ожидания выполнения отдельных технических операций составляет 30 45 минут. Процесс шлюзования судна в однокамерном шлюзе может осуществляться при двустороннем и одностороннем пропуске (рисунок 4.16). При двустороннем пропуске встречное шлюзование начинается в момент окончания вывода судна из камеры, при одностороннем каждое последующее шлюзование связано с подготовкой камеры к приему судна из того же бьефа, из которого прошлюзовалось предыдущее судно. Операции по подготовке камеры складываются из закрытия ворот, наполнения опорожнения) камеры и открытия ворот. С учетом продолжительности ВБ НБ l вв l пе рвы в t шл.одн t шл.дв 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рисунок 4.17 Схема шлюзования судна в двухкамерном шлюзе l пер путь перехода судна между камерами вы в ВБ l вв НБ В во д ТО В ы вод Подготовка itiшл.од.дв t шл.од.одн Рисунок 4.16 Схема шлюзования судна в однокамерном шлюзе 4.7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота 121 технических операций на процесс подготовки камеры продолжается около 14 минут. Это время в 1,5 2 раза превышает сокращение затрат времени на вводи вывод судна при одностороннем пропуске по сравнению с двусторонним. Таким образом, в однокамерном шлюзе двустороннее шлюзование оказывается эффективнее одностороннего. Процесс шлюзования в двухкамерном шлюзе (частный случай многокамерного шлюза) изображен на рисунке 4.17. Для того чтобы осуществить пропуск двух судов во встречных направлениях, следует совершить 10 операций вводи, технические операции в камере (2, 4, 7 и 9), переходи) и выводи При одностороннем пропуске для выполнения той же задачи совершается 9 операций. Эффект заключается в совмещении операций шлюзования одного судна в верхней камере и подготовки нижней камеры к приему другого судна из нижнего бьефа. Из этого следует, что для многокамерного шлюза более предпочтительным оказывается односторонний пропуск. Как было сказано в 4.7.1, на пропускную способность участка пути благоприятно сказывается использование серийного (группового) пропуска судов. Данное заключение распространяется и на шлюзованные системы (рисунок 4.18). При одновременном шлюзовании группы судов ввод в камеру каждого последующего судна начинается после того, как вошло предыдущее. Вывод судов из камеры происходит с соблюдением безопасного интервала попутного следования для расчетов принимают, что каждое последующее судно начинает выход после того, как предыдущее прошло половину пути вывода. В общем случае время группового шлюзования при двустороннем пропуске составляет 1 1 выв 1 1 вв шл.од.дв шл.гр.дв шл шл 2 1 n i i n i i t t t t , (4.21) где n шл – число судов в шлюзуемой группе. вы в ВБ l вв НБ t шл.од Рисунок 4.18 Схема шлюзования группы судов в однокамерном шлюзе Ввод ТОПод готовка itiшл.гр.дв t шл.гр.одн Ввод Ввод Вы вод Вывод ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ И ДВИЖЕНИЯ ФЛОТА 122 При одностороннем пропуске к этому времени добавляют время на операции по подготовке камеры под подвыв 1 вв шл.од.дв шл.гр.од шл шл 2 1 t t t t t n i i n i i . (4.22) Анализ выражений (4.21) и (4.22) показывает, что групповое шлюзование по использованию пропускной способности шлюза эффективнее одиночных. Так, одновременное шлюзование двух однотипных судов увеличивает загрузку камеры вдвое, а время шлюзования возрастает лишь на продолжительность одной операции ввода и половины операции вывода. Продолжительность технических операций в камере остается неизменной при любом числе шлюзуемых судов. Поэтому на практике стремятся применять групповое шлюзование. Пропуск одиночных судов обусловливается либо требованиями Правил плавания по судоходным путям, либо необходимостью соблюдения расписания движения пассажирскими судами. Пропускную способность шлюза можно определить по формуле к расч сут шл. шл П G t m , (4.23) где m шл.сут – среднее число шлюзований за сутки, в соответствии с технологией работы шлюза, организацией подхода судов к нему и их пропуска t расч продолжительность расчетного периода, сут к средняя загрузка камеры шлюза (средняя масса груза, перевозимого в судах шлюзуемой группы, т. Среднее число шлюзований за сутки может быть определено гр шл. су т шл. 1440 t m β , (4.24) где β – коэффициент полезного времени использования шлюза за сутки учитывающий время обслуживания шлюза, траление камер и прочие операции гр шл. t – среднее время шлюзования группы судов, минут гр.дв шл. дв гр.од шл. одн гр шл. t t t , (4.25) где φ одн, φ дв – доля односторонних и двухсторонних шлюзований. Разница между рабочим временем камеры и временем занятости камеры пропуском судов определяет суточный резерв пропускной способности шлюза гр шл. к шл.су т рез.су т ) Σ (1440 П t G t β , (4.26) 4.7 Пропускная способность водного пути и провозная способность флота 123 где Σ t шл.сут – суммарное время занятости камеры шлюза за сутки. Если резерв пропускной способности шлюза в наиболее напряженный период навигации приближается к нулю, а в перспективе ожидается рост перевозок в бассейне, то необходимо принимать решения об увеличении пропускной способности путем строительства дополнительной нитки шлюза, внедрении организации перевозок в большегрузных составах и увеличении тем самым средней загрузки камеры, либо совершенствовании технологии судопропуска и сокращении времени на отдельные операции шлюзования. |