基本介紹
- 中文名：頂推船
- 外文名：push boat
- 分類：內河頂推船和海洋頂推船
- 作用：頂推駁船
- 優點：降低了運輸成本
- 最早：新月城
頂推船運輸,1前言,2三峽工程完工後川江航道的變化,3貨運量分析及計算航線的選擇,4通航機動駁及其頂推船組運輸分析,5建議,頂推船組波浪聯結力,0 引 言,1 波浪聯結力與影響要素,2影響要素分析,3結束語,
頂推船運輸
1前言
作為貨運方式之一的機動駁運輸,具有機動靈活,適用於批量小、價值高、運距短的百雜貨、鮮活貨以及貨櫃貨等優點,長期以來一直活躍在長江中上游地區, 為促進該地區經濟的發展作出了貢獻。2010 年隨著三峽工程的完工、航道條件的改變、出川運量的增加,最佳化三峽樞紐過壩機動駁及其頂推船組運輸方式及船型, 以適應新的市場環境和航運條件, 增大三峽永久船閘、升船機和葛洲壩船閘的通過能力, 提高船舶(隊)技術經濟性能, 充分挖掘長江“黃金水道” 的潛力, 勢在必行。
2三峽工程完工後川江航道的變化
三峽水利樞紐位於湖北省宜昌市三斗坪, 在著名的葛洲壩水利樞紐之上約38 km 。通航建築物位於大壩左岸一側,其中包括永久船閘,垂直升船機及施工通航臨時船閘。 臨時船閘為一線一永久船閘為雙線五級, 採用單向過閘方式,一線上行,一線下行, 按年單向運量5 000萬噸設計;升船機為快速過壩通道。三峽水庫按175 m正常蓄水位運行後, 長江渝漢段將出現通航條件不盡相同的3 個航段,即重慶至壩上段、兩壩間和葛洲壩壩下至武漢段。根據川江航道表面流速分布特徵, 宜渝段各通航期航道劃分為壩間、庫區、自然河道3 段,三峽大壩完工後在正常蓄水位175 m 時,枯水期渝-宜段為庫區,流速平緩,而在中水期,其回水至長壽,渝宜段仍有89 km的自然河道;在洪水期其回水至萬縣,渝宜段仍有339km 的自然河道。三峽大壩的建成,使川江航道發生了重大的變化。為使船舶(隊)的營運經濟分析符合未來的航道條件, 本論文根據不同時期航道水流、回水區不同等特點,採用分段進行營運分析計算的思路。
3貨運量分析及計算航線的選擇
由於三峽大壩與葛州壩相距不遠,其未來的貨運量情況應與葛州壩大致相似, 因此以葛州壩船閘歷年的貨運量進行分析將有代表性。 根據 1981 ～1997 年葛州壩船閘過壩貨運量統計資料可知,過壩貨運量1982年為346.81萬噸,1997年發展到1 386 .07 萬噸,運量增長3 倍,年均遞增9 .7 %。西南地區雲、貴、川3省礦產資源豐富, 已探明儲量的有90 多種,其中煤、鐵、磷、鋁、銅等礦,均在全國占有重要地位,川江貨物有煤炭、石油、木材、水泥、礦建、礦石、糧棉、鋼材、水果、化肥等。下水以煤炭為主,其次是非金屬礦石(主要指磷礦石,石灰石,白雲石等),上水貨運量主要是重鋼所需澳礦, 川東地區所需成品油;此外還有糧食,化肥等進川貨物。
隨著黨中央西部開發戰略的實施,西南對外物資交流必將呈逐年上升趨勢。分析歷年葛州壩船閘過壩貨運量的統計數據, 根據數據特性, 採用累積預測法、指數平滑法、加權平均法、回歸分析法等進行了貨運量預測,並與專家預測結果進行對比,從而預測出2000年三峽大壩建成後川江下水過壩運量為1 550 萬噸(1996 年為963 .96 萬噸),2030年為5 000萬噸。
就其貨物的運輸航線而言,以長航集團為例,據其1989 ～1997 年航運統計資料分析,煤炭運輸的典型航線依次為萬縣～ 鎮江、萬縣～ 南通、重慶～鎮江、涪陵～鎮江、重慶～南京、萬縣～南通;鋼鐵運輸的典型航線依次為重慶～ 鎮江、重慶～南京、重慶～上海、重慶～張家港;非金屬礦石運輸的典型航線為重慶～ 銅陵、重慶～ 南京、重慶～張家港、重慶～ 上海等。 而進川主要貨種為金屬、石油;其中金屬運輸的典型航線依次為南京～重慶、鎮江～ 重慶。 為全面分析和研究三峽工程完工後進出川貨物水路運輸方式和船型, 在對現有過壩貨物種類及船型進行調研的基礎上,選取重慶～ 武漢、重慶～ 銅陵、重慶～ 南京、重慶～ 鎮江、重慶～南通、重慶～上海;涪陵～武漢、涪陵～銅陵、涪陵～ 南京、涪陵～ 鎮江、涪陵～ 南通、涪陵～上海;萬縣～武漢、萬縣～銅陵、萬縣～南京、萬縣～鎮江、萬縣～南通、萬縣～上海等18 條航線作為計算航線進行營運經濟分析。
4通航機動駁及其頂推船組運輸分析
4.1機動駁及其一頂一頂推船組的船型尺度確定
從充分提高三峽大壩升船機、永久船閘通過能力,逐步實現過壩船舶的系列化、標準化,提高船舶技術經濟性能等方面考慮,在滿足航道、船閘對船隊平面尺度限制的前提下, 提出三峽樞紐過壩機動駁(貨輪)及其一頂一頂推船組船型尺度系列。以上述船舶(隊)尺度為基礎, 針對典型航線、典型貨種 ,在一定的經濟運量下進行貨運方式和船型的選擇。
4 .2 營運經濟分析
4 .2.1 機動駁效益分析及敏感性分析
從計算中可得到如下結論:
1)隨船舶噸位的增加,必要貨運費率下降的趨勢較明顯,單位貨運周轉量的船舶投資也呈下降趨勢。這說明在航道條件許可的條件下,機動駁噸位應向大型化發展。
2)隨著運輸距離的增加,必要貨運費率呈下降趨勢。
3)隨船舶噸位的增加,年利潤增加,當船舶噸位超過1 000 t 級時,這種增加的趨勢趨緩。船舶在營運過程中, 由於市場行情的變化,必然會影響到其經濟性能。為此, 我們對船舶價格、燃油價格、運價、船舶非生產停時及裝卸效率分別上下浮動20 %進行計算,並在此基礎上對必要貨運費率進行敏感性分析。
從計算結果來看:
1)隨航距增加,船價、裝卸效率、非生產停時敏感性下降, 油價敏感性增加;隨航距增加,由於噸位的差異而引起的非生產停時和裝卸效率敏感性差異變小。
2)隨噸位增加,船價、裝卸效率敏感性增加,非生產停時敏感性降低,而油價敏感性變化則與航距有關。
3)在所選定的敏感性分析因素中,對必要貨運費率的影響程度排序在較小噸位時為船價、非生產停時、裝卸效率,在較大噸位時為船價、裝卸效率、非生產停時。 而油價隨航距增加越來越敏感。
4 .2.2 機動駁一頂一船組效益計算
計算其在選定的18 條航線上的經濟性。以1 000 t 級機動駁及其頂推船組為例 。1 000 t 級機動駁頂推500 t 級普通駁船組, 其經濟性低於1 000 t級機動駁單船運輸。同樣通過計算500 t 級機動駁頂推500 t 級普通駁船組的經濟性(計算結果略),可以得出:
1)500 t 級機動駁頂推500 t 級普通駁船組,其經濟性優於500 t 級機動駁單船運輸。
2)1 000 t 級機動駁頂推500 t 級普通駁船組,其經濟性略優於500 t 級機動駁頂推500 t 級普通駁船組。
5建議
通過營運經濟分析計算, 以三峽工程建成後長江中上游航運條件為基準, 兼顧施工期的具體情況, 對未來機動駁及一頂一頂推船組船型發展提出如下建議:
1)機動駁單船運輸總體說來應向大型化方向發展。
2)乾雜貨運輸近期以發展2 000 t 級以下的機動駁(貨輪)為宜,遠期以發展3 000 t級的機動駁(貨輪)為宜。乾支直達近期以發展500 t級的機動駁(貨輪)及一頂一頂推船隊為宜, 遠期以發展1 000 t 級的機動駁(貨輪)及一頂一頂推船隊為宜。
頂推船組波浪聯結力
0 引 言
長江是我國第一大河流,橫貫長江流域的“六省一市” .自20世紀80年代起,江海直達運輸方式一直得到了國家、航運企業與生產企業等相關部門的廣泛關注,並取得階段性的研究成果與良好的經濟效益.根據頂推運輸方式的要求,推船與駁船採用不同的聯結裝置可以組成整體式與半整體式船組.其中: 銷式聯結是國外海上頂推船組常用的聯結方式,其在波浪聯結力方面的研究仍是有待深入的關鍵技術之一. 推駁間的聯結力與航區的波浪要素、船型參數、聯結銷的位置等因素有關. 鑒於採用船舶的耐波理論與操縱理論直接計算聯結力的方法在船型論證與初步設計階段難以適用,計算結果尚有待船模試驗修正等實際問題,因此,開展聯結力的影響因素專題研究可以為船組的船型參數設計提供指導.
1 波浪聯結力與影響要素
1. 1 銷式頂推船組的聯結方式
銷式頂推船組的聯接方式是: 在推船的首部中央裝有一個縱向的聯結銷—— 前銷;在推船的兩舷側裝有一對水平的聯結銷—— 後銷,銷的結構與駁船尾部凹槽上的聯接孔或槽相匹配. 推船與駁船之間進行聯結時,通過液壓系統先將首部的前銷插入聯接孔或槽,然後完成舷側水平後銷的聯結. 推、駁之間進行分離時,聯結銷的運動過程相反. 推、駁之間完全剛性固定,船組為整體式聯結 .時,船組的聯結轉化為兩銷聯結,船組為半整體式聯結.
1. 2 波浪聯結力與影響要素的建模
江海直達頂推船組航行於特定的海段航區與內河航段,推駁間的聯結力由操縱聯結力與波浪聯結力疊加而成. 船模試驗表明: 波浪聯結力是聯結力的主體,占聯結力的70% ～80% . 本文將波浪聯結力作為研究的重點,採用無因次的方法將銷式頂推船組的波浪聯結力與影響要素之間的非線性關係描述為Ki/△= f ( h /λ,λ/L ,Cb, LN/L , Fr ,θ)式中: Ki為各聯接銷的三向聯結力, kN, i= 1, 2,3, 4, 5, 6; L 為船組長度, m; ki為推船單位排水量的各聯結銷的三向聯接力, i= 1, 2, 3, 4, 5, 6; △為推船的排水量, t; f 為非線性映射關係; Fr 為船組的弗勞德數; h 為波高, m; λ為波長, m; θ為船組與波浪間的遭遇角, (°); LN為前、後插銷在船組中的位置, N = 1, 2; Cb為駁船的方形係數.
2影響要素分析
基於收集的船模試驗數據,採用神經網路的非線性方法建立聯結力與影響要素間的映射關係,當網路按照預設的精度收斂後, 以設計的影響要素為自變數; 以危險遭遇角為設定條件,開展影響各向波浪聯結力的要素分析.從實船設計與套用的角度考慮,本文對中國海域的波浪參數 與江海直達頂推船型的設計參數進行收集與分析,確定了各向影響要素的變化範圍,藉助收斂的神經網路模型,嘗試分析主要影響要素對聯結力的影響.
1)h /λ分析(θ= 0°) 波陡的輸入值設定在[0. 2 0. 38]區間.各向聯結力幅值的變化趨勢是: 縱向力、垂向力與波陡約成線性關係.其中: 後銷垂向力k45與前銷縱向力k1的斜率較大;而前銷垂向力k 3的斜率較小. 迎浪狀態下,後銷垂向力k45是聯結裝置強度校核中應重點關注的載荷.
2)λ/L分析(θ= 0°)波長/船長的輸入值設定在[0. 6 0. 7 ]區間 .各聯結力幅值的變化趨勢是: 隨著波長/船長的增加,各聯結力呈線性增加,但斜率較小. 相對而言, k45(θ= 0°)的斜率最大.基於船舶耐波理論,前銷橫向聯結力k2與後銷橫向聯結力k6體現了船舶在波浪中運動的耦和效應 ,但幅度有限.相對波長對後銷垂向聯結力 k 45和後銷橫向聯結力 k6 的幅值影響較大.
3) LN 分析 (θ= 0°)
( 1) 前銷的輸入值設定在 [0. 75 0. 78 ]區間 ,各聯接力的幅值變化趨勢是: 隨著前銷的位置後移,垂向力k3、縱向力k1線性增加; 橫向力k2線性下降,各聯結力的正、負斜率較大. 前銷的不同位置對縱向聯結力k1幅值產生顯著的影響,實船設計中應予以關注.
( 2) 後銷的輸入值設定在[0. 82 0. 85 ]區間 .後銷的位置後移,垂向力k45線性增加; 橫向力k2線性微降,各聯結力的正、負斜率較小.後銷不同位置對各向聯結力難以產生顯著的影響.
各向聯結力的幅值變化趨勢是: 隨著方形係數的增加,各聯結力呈現增加的趨勢,增幅較大的是k6, k45, k1.其中: 後銷橫向聯結力k6幅值變化顯著,將對大方形係數的頂推船組產生較大的橫向彎矩.實船設計聯結銷時,其剪下強度的校核應重點考慮k6載荷的影響.
3結束語
通過建立的聯結力與影響要素間的非線性映射模型,採用非線性的神經網路方法,以5個影響要素為自變數,開展了各向波浪聯結力在危險遭遇角時的幅值變化分析,得出了每個影響要素對各向聯結力的影響規律,為後續的實船設計提供指導.
