Инженерные методы предотвращения размыва дна от работы судовых движителей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Беляев, Николай Дмитриевич

• Беляев, Николай Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Беляев, Николай Дмитриевич

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Общие положения.

1.2. Носовые и кормовые подруливающие устройства.

1.3. Размывающие воздействия судна.

1.4. Причины возникновения размывов.

1.5. Выводы.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

2.1. Анализ основных теоретических решений и практических рекомендаций, связанных с размывами дна, при действии струй от судовых движителей.

2.2. Выводы.

3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗМЫВА ОТ РАБОТЫ СУДОВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ

МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ.

3.1. Исследование потока жидкости.

3.1.1. Классификация струй.

3.1.2. Затопленные струи.

3.1.2.1. Свободные струи.

3.1.2.2. Ограниченные струи.

3.1.3. Особенности струи от судового движителя.

3.1.3.1. Понятие о движителях.

3.1.3.2. Характеристики гребного винта.

3.1.3.3. Теория идеального движителя.

3.1.3.4. Вычисление коэффициентов упора.

3.1.3.5. Начальная скорость струи.

3.1.3.6. Уменьшение максимальных скоростей по длине струи.

3.1.3.7. Распределение скоростей в струе.

3.1.3.8. Донные скорости.

3.2. Учет влияния конструктивных особенностей судна на параметры струи.

3.2.1. Влияние обводов корпуса судна на винтовую струю.

3.2.2. Влияние рулевого устройства на винтовую струю.

3.2.2.1. Нулевой угол поворота руля.

3.2.2.2. Направляющее действие руля.

3.2.2.3. Нестандартное положение рулевого устройства.

3.2.2.4. Поток от вращения винта в обратную сторону.

3.2.3. Особенности расчета струи от многовинтовых движителей.

3.3. Исследование процесса размыва струями от судовых движителей при отсутствии ГТС.

3.3.1. Допускаемые скорости движения воды при условии неразмываемости дна.

3.3.2. Существующие методики расчета донных критических скоростей

3.3.2.1. Метод Шильдса.

3.3.2.2. Метод Избаша.

3.3.2.3. Метод Гришанина.

3.3.3. Описание процессов развития размыва.

3.3.4. Связные материалы.

3.4. Влияние гидротехнических конструкций на параметры струи от винтовых движителей.

3.4.1. Воздействие струй на сплошные вертикальные стенки.

3.4.1.1. Суда, причаливающие кормой.

3.4.1.2. Воздействие струи от носового подруливающего устройства.

3.4.2. Влияние сквозных сооружений с откосами и препятствиями для распространения струи.

3.4.2.1. Откосы.

3.4.2.2. Свайные конструкции.

3.5. Исследования инженерных мероприятий по защите от размыва.

3.5.1. Защита из камня.

3.5.1.1. Каменная наброска.

3.5.1.2. Покрытия из камня с пропиткой.

3.5.1.3. Габионы и матрасы из камня.

3.5.2. Защита из бетона.

3.5.2.1. Мешки, заполненные бетоном.

3.5.2.2. Бетонные плиты.

3.5.2.3. Сборные маты.

3.5.2.4. Подводное бетонирование.

3.5.3. Стабилизаторы потока и направляющие устройства.

3.6. Выводы.

4. АНАЛИЗ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ РАЗМЫВА ДНА.

4.1. Систематизированная методика расчета скоростей потока от действия судовых движителей.

4.2. Методика расчета глубин размыва.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Беляев, Николай Дмитриевич

Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах [6,7,34-37].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Главное внимание в данной работе уделено изучению влияния струи, возникающей при работе судовых движителей, на дно и сооружения, и в особенности изменениям скоростей воды, наиболее полно характеризующим разрушающее воздействие этого потока.

2. Предложенная в работе систематизированная методика расчета скоростей потока от воздействия судовых движителей позволяет определять максимальные донные скорости с учетом влияния конструкции судна и причальных сооружений.

3. Сопоставление предложенных расчетных зависимостей по определению скоростей потока с результатами лабораторных и натурных экспериментов в широком диапазоне исходных данных, таких как осадка, клиренс, частота вращения, диаметр и шаг винта, показало их удовлетворительную сходимость.

4. Представленные в работе рекомендации по расчету величин критических скоростей течения, основанные на анализе и систематизации многочисленных методик, дают возможность определения размывающего действия струи от судового движителя.

5. Сравнение донных скоростей потока от судового движителя с допускаемыми скоростями течения для материала, слагающего дно акватории или лежащего в основании ГТС, позволяет с помощью предлагаемой методики определить участки размыва, его размеры, и осуществить выбор той или иной схемы инженерных защитных мероприятий.

6. Указанные в работе методы определения гидравлических параметров потока от судовых движителей и рекомендации по выбору защитных мероприятий позволяют достаточно обоснованно решать насущные задачи проектирования, реконструкции и эксплуатации гидротехнических сооружений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Беляев, Николай Дмитриевич, 1999 год

1. СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения / Госстрой СССР. М. ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 40 с.

2. Руководство по проектированию морских причальных сооружений. РД 31.31.27 81. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1984. - 400 с.

3. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960.

4. Анфимов В.Н., Сиротина Г.Н., Чижов A.M. Устройство и гидромеханика судна. Л.: Судостроение, 1974. - 368 с.

5. Анцыферов С.М., Косьян Р.Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1986.-224 с.

6. Беляев Н.Д., Гарибин П.А. Путевые работы на водном транспорте: Учеб. пособие. Часть I. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1998, 88 с.

7. Беляев Н.Д. О влиянии работы судовых движителей на размыв дна у нефтеналивного терминала Приразломного месторождения. Тезисы докладов на III международной НТК RAO, СПб, 23-26 сентября, 1997 г.

8. Войткунский Я.И., Першиц Р.Я., Титов И.А. Справочник по теории корабля. Судовые движители и управляемость. Л.: Судостроение, 1973. - 512 с.

9. Судостроение», 1988. 359 с. 12.Гришанин К.В. Теория руслового процесса. - М.: Транспорт, 1972. - 215 с.

10. Дегтярев B.B. Охрана окружающей среды: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1989. с. 59-61.

11. Демин С.И., Жуков Е.И., Кубачев H.A. и др. Управление судном. М.: Транспорт, 1991. -359 с.

12. Кнороз B.C. Неразмывающая скорость для несвязных грунтов и факторы ее определяющие. Изв. ВНИИГ, 1958. - т.59. - с. 62-81.

13. Константинов Н.М., Петров H.A., Высоцкий Л.И. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. М.: Высшая школа, 1987. - 431 с.

14. Кумина Т.Д., Михалев М.А. Инженерная гидрология: Учеб. пособие. Л. ЛПИ, 1989, 84 с.

15. Лебедев В.В., Гарибин П.А., Беляев Н.Д Инженерная геология. Заносимость морских гидротехнических сооружений: Учеб. пособие. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1996, 56 с.

16. Леви И.И. Инженерная гидрология. М.: Высшая школа, 1968. - 237 с.

17. ЛевиИ.И. Моделирование гидравлических явлений. Изд. 2-е. Л.: Энергия, 1967. - 235 с.

18. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973 - 847 с.

19. Местные размывы у гидротехнических сооружений. Отчет г/б НИР. ГрузПИ. 1986.-97 с.

20. Павленко В.Г., Сахновский Б.М., Врублевская Л.Н. Грузовые транспортные средства для малых рек. Л.: «Судостроение», 1985. - 288 с.

21. Размыв дна винтами судов у причальных сооружений. ВИНИТИ. Экспресс-информация. Серия «Подводно-технические, водолазные и судоподъемные работы. Гидротехнические сооружения», вып. № 5, 1990.

22. Фукельман В.Л. Основы гидромеханики и теории корабля. Л.: «Судостроение», 1971. -272 с.

23. Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. М.: Недра, 1990. - 310 с.

24. Чугаев P.P. Гидравлика. М.: Высшая школа, 1982. - 400 с.

25. Чугаев P.P. Гидравлические термины. -М.: Высшая школа, 1974. 104 с.

26. Albertson M.L., Day Y.V., Jensen R.A. and Rouse H. Diffusion of submerged jets. Proc. ASCE Transactions, paper 2409, vol. 115, pp. 639-697, 1950

27. Alhimenko A.I., Nikolayev N. et al. Nature conservation under development coast line of Baltic sea. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, VI, p.69-79

28. Alhimenko A.I., Nikolayev N., Boldyrev V. New type of beach protection constructions. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, VI, p. 141-147

29. Balanin V., Bykov L., Zernov D., Metelytsina G. & Natalchishin G. Means of protecting waterway slopes and beds from streams and waves, including ship effect. Section I Volume 1, PIANC's 25th Int. Navigation Congress, Edinburgh, 1981

30. Beliaev N. Review of protection methods against propeller erosion. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, VI, p.5-12

31. Beliaev N. Some aspects of ship induced scouring action. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, VI, p.13-16

32. Beliaev N. The influence of ship's propeller on the bottom scour at oil terminal of Prirazlomnoye field. Book of Abstracts of the III Int. Conf. on Development of Russian Arctic Offshore, Sankt-Petersburg, 1997

33. Beliaev N., Brazkiewicz I. Scouring by ship's propellers. Book of Abstracts of the ICCE'98 Int. Conf., Copenhagen, 1998

34. Berger W., Felkel K., Hager M., Oebius H. & Schale E. Courant provoque par les bateaux. Protection des berges et solution pour eviter 1'erosion du lit du Haut Rhin. Section I Volume 1, PIANC's 25th Int. Navigation Congress, Edinburgh, 1981 (in French)

35. Bergh H. The influence on harbours by the action of the jet behind a propeller. Bulletin No TRITA-VBI-104, Stockholm, 1981 (in Swedish)

36. Bergh H. & Cederwall K. Propeller erosion in harbours. Section I Volume 1, PIANC's 25th Int. Navigation Congress, Edinburgh, 1981

37. Bergh H. & Magnusson N. Propeller erosion and protection methods used in ferry terminals in the port of Stockholm. Bulletin PIANC 58, 1987

38. Blaauw H.G. & Kaa van de E J. Erosion of bottom and sloping banks caused by the screw race of manoeuvring ships. 7th Int. Harbour Congress, Antwerp, 1978

39. Blaauw H.G., Knaap van der F.C.M., Groot de M.T. & Pilarczyk K.W. Design of bank protection of inland navigation fairways. DHL Publication No 320, 1984

40. Bouchard J-P. The erosive effects induced by boat propellers on the bottom and embankments of waterways. La Houille Blanche, Paris 7/8-1983 (in French)

41. Brazkiewicz I. Remarks concerning the determination of the propeller jets behind ships. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, V2, p. 79-94

42. Brzeski E., Robakiewicz W. Projekt i realizacja umocnienia dna stanowisk promow morskich w swinoujsciu materacami OVOLO. Inzyneria morska i geotechnica 3, 1995 (in Polish)

43. Chait S. Undermining of quay walls at S. African ports due to use of bow thrusters & other propeller units. Bulletin PIANC 58, 1987

44. Clausner J.E. & Truitt C.L. Propeller wash effects on protective armor layer design for contained aquatic disposal sites. Bulletin PIANC 58, 1987

45. Delft Hydraulics Laboratory. Discharge Measurement Structures. Working Group on Small Hydraulic Structures, Ed.: Bos M.G. Pub. № 161, 1976

46. Dossche M., Eiskens F., Sas M. Research on the effect of propeller erosion on quay walls and comparison of bottom protection schemes. 10th Int. Harbour Congress, Antwerp, 15-19 June 1992

47. FAS. Uber Kolkerscheinungen infolge von Schiffsbetrieb an Kaimauern im Bereich des Hambureger Hafens Teil I bis III. Ingenieurgemeinschaft Meerestechnik und Seebau GmbH, Holtenstr. 2,200 Hamburg 50, 1977

48. Felkel K. Modellversuche unber die Auswirkung der Leistungssteigerung der Schubboote auf die Stromsohle. Wasserwirtschaft 65, 1975

49. Felkel K., Steinweiler H. Natur- und Modellversuche unber die Wirkung der Schiffe auf Flusssohle aus Grobkies. Wasserwirtschaft 62, 1972

50. Fuehrer M., Pohl H. & Römisch K. Propeller jet erosion & stability criteria for bottom protection of various structures. Bulletin PIANC 58, 1987

51. Fuehrer M., Römisch K. Effect of modern ship traffic on inland- and ocean-waterways and their structures. Section I Volume 3, PIANC's 24th Int. Navigation Congress, Leningrad, 1977

52. Fuehrer M., Römisch K. & Engelke G. Criteria for dimensioning the bottom and slope protections and for applying the new methods of protecting navigation canals. Section I Volume 1, PIANC's 25th Int. Navigation Congress, Edinburgh, 1981

53. Hackman G., Römisch K. Die COLCRETE-Matte und die verklammerte steinschuttung. Hansa 8, 1996 (in German)

54. Hamill G.A. The scouring action of the propeller jet produced by a slowly manoeuvring ship. Bulletin PIANC 62, 1988

55. Hamill G.A., Johnston H.T. The decay of maximum velocity within the initial stages of a propeller wash. Journal of Hydraulic Research, vol. 31, N 5, 1993

56. Hamill G.A., Johnston H.T. Estimating the velocities in a ship's propeller wash. Bulletin PIANC 89, 1995

57. Hamill G.A., Qurrain R.M.M., Johnston H.T. The influence of a revetment on diffusion of a propeller wash. Bulletin PIANC 91, 1996

58. Herbich J.B., Schiller R.E., Watanabe R.K., Dunlap W.A. Seafloor scour. Design guidelines for ocean-founded structures. Marcel Dekker, Inc., New York and Basel, 1984, pp. 121-144

59. Kraatz W. Beitrag zu flussigkeitsstrahlen in "Technische Hydromechanik, Bd. 2" von Bollrich G. und autorenkollektiv, verlag fur Bauwesen, Berlin 1989 (in German)

60. Kristensen M. Seabed erosion in ferry berths. Bulletin PIANC 58, 1987

61. Krogh M., Berthelsen C. & Gravesen H. New requirements to port design from high speed ferries. Paper for PIANC's Int. Navigation Congress, 1998

62. Lattermann E. Bugsstrahlsteueranlangen, Hansa 9, 1994 (in German). Inzyneria morska i geotechnica 4, 1995 (in Polish)

63. Longe J.-P., Hebert P. & Byl R. Erosion Problems at existing quay constructions due to bow thrusters & main propellers of ships when berthing or leaving. Bulletin PIANC 58, 1987 (in French)

64. Liou Y.-C., Herbich J.B. Sediment movements induced by ships in restricted waterways. Texas AMM University, COE Report № 188, August 1976

65. Maccaferri gabions. Flexible Reno mattress and gabion linings for channels and canalized water courses. Officine Maccaferri S.p.A., Bologna, Italy, 1985

66. Pankchik B., Gravesen H., Thomsen J. Scour protection in new ferry terminal of Elsinore. Bulletin PIANC 83/84, 1994

67. Prosser M.J. Propeller induced scour. BHRA project report for the British Port Association, BHRA&BPA, 1986

68. Report of working group 11 of PTC II. Ferry developments and their consequences for ports. Recommendations for the design and operation of port facilities. PIANC, Supplement to bulletin 87, 1995

69. Report of working group 22 of PTC II. Guidelines for design of armoured slopes under open piled quay walls. PIANC, Supplement to bulletin 96, 1997

70. Robakiewicz W. Theories and the hydraulic investigations applied to the analysis of the jet behind the screw. Rozprawy Hydrotechniczne 19, pp. 147-175, 1966 (in Polish)

71. Robakiewicz W. The influence of the action of the jet behind the screw on the bottom. Example of model and field measurements with trawler B-20. Rozprawy Hydrotechniczne 19, pp. 177-214, 1966 (in Polish)

72. Robakiewicz W. Bottom erosion as an effect of ship propeller action near the harbour quays. Bulletin PIANC 58, 1987

73. Römisch K. Hydrmechanische effekte fahrender schiffe in binnenkänalen. Mitteilungen des Franzius-Institut fur Wasserbau und Küsteningenieurwesen der Universität Hannover, Heft 70, 1990 (in German)

74. Römisch K. Systems for protection against propeller jet erosion in harbours. III Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Gdansk, 31.V 2.VI1993

75. Römisch K. Propellerstahlinduzierte erosionserscheinungen in hafen. Hansa 8, 1993 (in German)

76. Römisch K. Propellerstahlinduzierte erosionserscheinungen. Hansa 9, 1994 (in German). Inzyneria morska i geotechnica 3, 1995 (in Polish)

77. Römisch K. Bottom attacks caused by stop-manoeuvres of ships. Proc. of the IV Int. Seminar on Renovation and Improvements to Existing Quay Structures, Techn. Univ. of Gdansk, Poland, 1997, V2, p. 147-158

78. Rytkönen J. Local scour and scouring protection of drilling platforms in the arctic sea environment. Technical research centre of Finland, Research Notes. Espoo, 1983. 88 p.

79. Schmidt E. Das Ausbreitungsverhalten eines Bugpropellerstrahls und seine Erosionwirkung aufdie Sohle an einer Kaiwand. Dissertation, Braunschweig, 1998 (in German) 88.Schmidt W. Überlegungen zu lastansätzen und konstruktionsmerkmalen beim kaimauerbau.

80. Shockner T. Bundsikring afDanske havne. Afgangsprojekt. Aalborg University, 1996 (in Danish)

81. Shields A. Anwendung der aehnlichkeitsmechung auf die geschiebebewegung. Berlin, Mitteilungen der preuszischen Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau, Heft 26, 1936 (in German)

82. Shimizu T., Ikeno M., Ujiie H. & Yamauchi K. Plane design of "SPAC"; countermeasure against seabed scour to submerged discharge and large waves. ICCE'94. Kobe, Japan, 1994

83. Shore protection manual. US Army Corps of Engineers. US government printing office, Washington, DC, 1984

84. Stone Stability, Velocity, Stone Diameter. Hydraulic Design Criteria Sheet 712-1. US Army Corps of Engineers. Waterways Experimental station, Vieksburg, Miss.

85. Van Damme L., Sas M., Eiskens F., De Rouck J. Propeller erosion: a comparison between calculated and measured velocities at the Hermes terminal in Zeebrugge Belgium. (Conference not quoted)

86. Verhey H.J. The stability of bottom and banks subjected to the velocities in the propeller jet behind ships. DHL Publication No 303, 1983

87. Verhey H.J., Blokland T., Bogaerts M.P., Volger D. & v.d. Weyde R.W. Experience in the Netherlands with quay structures subjected to velocities created by bow thrusters & main propellers of mooring and unmooring ships. Bulletin PIANC 58, 1987

88. Weyde van der R.W., Heijnijk P.J.M., Noordijk A.C., Kleijheeg J.T. Scouring by ships' propellers. Tracing, repair, prevention. 10th Int. Harbour Congress, Antwerp, 15-19 June 19920.53.51. V,,vn0.451. Л;1. П1.1)1