close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Akt probl sovr stroit konf 64 1

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО
СТРОИТЕЛЬСТВА
64-я Международная научно-техническая
конференция молодых ученых, посвященная 300-летию
со дня рождения М. В. Ломоносова
Часть I
Санкт-Петербург
2011
1
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 69(063)
А 437
А 437
Актуальные проблемы современного строительства:
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых / СПбГАСУ. – В 3 ч. Ч. 1. – СПб., 2011. – 338 с.
УДК 621.383:535.215
студентка Т. В. Харитонова,
канд. техн. наук, доцент Н. И. Рукобратский (СПбГАСУ)
ISBN 978-5-9227-0283-6
ISBN 978-5-9227-0284-3
В сборнике опубликованы доклады участников 64-й Международной
научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов, а также молодых специалистов строительных и проектных
организаций.
Материалы публикуются в авторской редакции
ISBN 978-5-9227-0283-6
ISBN 978-5-9227-0284-3
СЕКЦИЯ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2011
© Авторы докладов, 2011
2
К ВОПРОСУ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЖИЛЫХ
И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ
На сегодняшний день энергосбережение во всем мире является крайне
актуальной темой. Это вызвано истощением природных ресурсов, изменением климата на планете, а также удорожанием энергоресурсов для потребителя. Однако так сложилось, что в России технологии энергосбережения
всё еще не получили должного распространения.
В 2006 г. Международная финансовая корпорация группы Всемирного банка провела исследование практики энергосбережения на российских предприятиях. Была проанализирована деятельность 625 предприятий,
расположенных в пяти федеральных округах и принадлежащих к пяти различным отраслям. Отмечено, что Россия является одной из самых энергоемких стран мира, при этом в РФ потребляется порядка 6% мировой энергии.
По данным Гринписа, почти половина потребляемой электроэнергии расходуется впустую.
Однако не всё потеряно. В России принят федеральный закон № 261
от 18.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической
эффективности…», а также ряд законодательных актов, устанавливающих минимальные базовые требования энергоэффективности. В частности
оговаривается постепенное снижение энергопотребления для возводимых
и реконструируемых зданий. Например, для возводимых зданий удельный
расход тепловой энергии должен снизиться на 15% с 2011 г., еще на 15%
с 2016 г. и на 10% с 2020 г., т.е экономия тепловой энергии составит 40%. Для
удовлетворения данных требований предусматривается 2 альтернативы –
утепление наружных стен или же повышение энергоэффективности систем
вентиляции и отопления.
3
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Необходимо пояснить, что на подогрев вентилируемого воздуха,
поступающего в помещения с улицы, приходится до 50% общих тепловых потерь. Из-за того, что в наших квартирах нет современной системы, регулирующей поступление тепла, отопительные приборы работают на полную мощность. При этом тепло выходит еще и через неутепленные окна. В итоге, на обогрев одного квадратного метра в России
расходуется в пять раз больше топлива, чем в Швеции, не менее холодной стране.
В больших городах ежедневно нерационально используют сотни тысяч
осветительных приборов. То же касается водопотребления. Текущие и незакрытые краны не редкость. И за день тратятся напрасно уже не килограммы, а десятки тонн топлива.
В связи с этим в РФ принято решение о том, что вводимое в эксплуатацию
здание должно быть оборудовано всевозможными устройствами, повышающими энергоэффективность. Например, устройствами автоматического
понижения температуры зимой в нерабочее время в общественных помещениях, энергосберегающими осветительными приборами в местах общего пользования, а также устройствами, улучшающими работу вентсистем –
воздухопропускными клапанами, утилизаторами теплоты, использованием рециркуляции, и т. п.
Что касается положения вентиляционных дел… По СНиП 41-01-2003
(строительные нормы и правила России) положено подавать 30 куб.метров/час свежего воздуха на человека. При этом есть моменты времени
в течение суток, когда людей в помещении нет. Например, жильцы отсутствуют дома в будние дни, а ночью пустует офис, и воздухообмен не нужен. Нет потребителей свежего воздуха, но система вентиляции всё равно
работает. Здесь заложены значительные ресурсы энергосбережения. Есть
на российском рынке небольшое количество фирм, например, АЭРЭКО,
предлагающих системы вентиляции, ориентирующиеся на присутствие
людей. Воздух в помещении характеризуется определенными параметрами, которыми оценивается микроклимат. В результате жизнедеятельности
человека происходит загрязнение воздуха в помещении. Создается избыток углекислого газа и влаги, недостаток кислорода, поэтому необходима
система вентиляция не только энергоэффективная, но и направленная на
установление в норму параметров микроклимата, которая позволит вентилировать помещения тогда, когда надо, там, где надо и настолько, насколько надо.
4
Секция автоматики и электротехники
УДК 621 72.64
студент А. Р. Сахабутдинов,
канд. техн. наук, доцент В. В. Резниченко (СПбГАСУ)
ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМАХ
Часто при испытании строительных и механических конструкций также при виброиспытаниях необходимо выделение определённый частот сигналов, этим задачам служат полосовые фильтры. Среди требований, предъявляемым к таким устройствам являются: неравномерность в области полосы пропускания, характеристики затухания в области полосы задерживания,
арифметическая симметрия АЧХ и многие другие. Наиболее распространенный подход к синтезу таких устройств предполагает два этапа проектирования. Во-первых, это синтез низко-частотного прототипа. Во-вторых,
это преобразование подобного фильтра к полосно-пропускающему фильтру
(ППФ). Для реализации второго этапа применяют частотные преобразования типа
S (
p 0
 )Q ,
0 p
где ω0 – центральная частота ППФ, Q – добротность. Это преобразование
ведет к трансформации фильтра нижних частот (НЧ) к ППФ с геометрическисимметричной амплитудно-частотной характеристикой. (АЧХ) соответственно изменению формы АЧХ по сравнению с НЧ прототипом.
Целью данной статьи является изложение способа синтеза ППФ с арифметической симметрией на основе активных цепей без увеличения порядка
цепи по отношению к обычным ППФ фильтрам.
Пусть схемная функция низкочастотного прототипа F(p). Её представление при полной управляемости и наблюдаемости в пространстве состояния
соответствует:
pz  Az  Bu ,
y  Cz  Du ,
где z(t), u(t), y(t) – векторы переменных состояния управления и реакции соответственно.
5
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция автоматики и электротехники
Осуществим преобразование частоты вида
Это сумма двух комплексно-сопряженных функций и очевидно, что

p  s  j 0 .
F ( s )  2 Re F ( s  j0 ).
АЧХ схемной функции F(s-j ω0 ) сдвигается по оси частот на ω0 .
sX–j ω0 X=AX+BU.
(1)
Так как подобное преобразование приводит к появлению уравнения с
комплексными коэффициентами, то и решение системы будет комплексным.
x = x1 + jx2,
(2)
т. е. уравнение (1) преобразуется к виду
sX1 = AX1 + BU – jωX2;
sX2 = AX2 + BU – jωX1.
При этом вектор состояния НЧ прототипа z(t) связан с вектором состояния x(t) ППФ уравнением
x  z (t )  e j0t  z (t )(cos 0t  j sin 0 (t )).
Отсюда x1  z (t ) cos 0t , x2  z (t ) sin 0t . Кроме того,
1
X1( s )  [ Z ( s  0 )  Z ( s  0 )]
2
1 90o s
X 2 (s)  e
[ Z ( s  0 )  Z ( s  0 )
2
Это указывает на связь между х1 и х2, как функций совпадающих по форме. При условии, что граничная частота спектра z(t) меньше ш0, можно сделать вывод, что фазовый сдвиг между х, и х^ составляет - 90°, при этом АЧХ
х, и Xj совпадают.
Анализируя (2) с частотной точки зрения, можно прийти к выводу, что
умножение на «j» является сдвигом на 90° фазового спектра при сохранении
АЧХ. В силу вышесказанного выражения (2) преобразуем:
x  2x1
при условии, что полоса частот НЧ прототипа значительно меньше ω0 .
Подобное преобразование соответствует:

F ( s )  F ( s  j0 )  F ( s  j0 )
6
Ясно, что преобразование (II) приводит к ППФ, если F(s) является функцией НЧ фильтра с полосой меньшей со0. Таким образом, для того, чтобы
синтезировать ППФ фильтр необходимо получить НЧ прототип, удовлетворяющий традиционным исходным требованиям.
Обычно НЧ прототип задается в комплексном виде. Если ωS – граничная
частота, то добротность определяется:
Q
0
.
2  s
Для удобства введем параметр:

q  0  2Q
s
Тогда, если для нормируемого НЧ – прототипа уравнение в пространстве
состояния (3), (4). Для НЧ фильтра с граничной частотой ωS
s
X  AX  BU
s
и с учетом (13) уравнения (8), (9) приобретают вид
s
X1  AX1  AX1  BU  IqX 2
s
s
X 2  AX 2  IqX 1
s
y = 2Cx1.
(3)
Уравнения (3) – основа для реализации ППФ с арифметически симметричной АЧХ. Из преобразования (11) следует, что максимальная ошибка
симметрии при реализации фильтра образуете-: на полосе задерживания
при частотах близких к 0. Так как на практике реализуются фильтры десятого и более порядка, то синтез схем может иметь определенные сложности.
Поэтому удобно реализовать фильтры каскаднс. Реализация НЧ прототипа
любого порядка можно представить в виде произведения звеньев первого
и второго порядка. Схемная функция НЧ прототипа первого и второго порядка и соответствующие им реализации представлены на рисунке.
7
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
УДК 625
канд. техн. наук, доцент Н. Н. Беляев (СПбГАСУ)
Заключение
Метод синтеза, изложенный в работе, позволяет получить ППФ фильтр
с арифметически симметричной АЧХ, сохраняющий форму НЧ прототипы.
Простота реализации и более высокие качества, получаемых схем, дают возможность пересмотреть существующий ныне подход к проектированию активных ППФ с указанными свойствами.
8
СТРУКТУРА И ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА ОДМ
«МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ
МЕРАМ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЯ
НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД»
Задача предотвращения на стадии проектирования быстрого образования колеи на покрытиях дорожных одежд капитального и облегченного типов сводится к достоверному прогнозу глубины колеи, которая может образоваться на покрытии к концу межремонтного срока. С тем, чтобы на данном этапе сравнить и выбрать те типы дорожных конструкций и материалов,
которые бы обеспечивали нормативную продолжительность межремонтного периода в конкретных, для проектируемой дороги, эксплуатационных
условиях. Основные проблемы, которые необходимо решать при прогнозе
колееобразования и методы их решения в действующих НТД, представлены
в таблице. Также в таблице представлены те вопросы, которые на взгляд автора, еще необходимо дополнительно решить для повышения точности прогнозирования колееобразования.
Данные таблицы должны быть также дополнены информацией о дорожных покрытиях на мостах, для которых актуально действие указанных в таблице факторов № 3–6. Однако СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» вообще не содержит никаких рекомендаций и указаний по учету этих факторов
колееобразования. Аналогичная ситуация сложилась и в отношении асфальтобетонных покрытий на бетонных основаниях («полужесткие» дорожные
одежды). Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91) также не содержат никаких рекомендаций по учету факторов колееобразования на таких покрытиях. Указания же
по уменьшению риска образования температурных трещин в асфальтобетонных покрытиях на жестких бетонных основаниях носят в Рекомендациях
9
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
самый общий характер и требуют дальнейшей конкретизации. Отдельно
следует отметить проблему возможного образования колеи износа на бетонных покрытиях жестких дорожных одежд. Зарубежные данные и накапливающийся отечественный опыт показывают высокий риск образования
колеи в бетоне при высокой интенсивности движения легковых автомобилей с шипованными шинами. Однако эта проблема не нашла еще отражения
в действующих российских НТД и, поэтому, также требует своего решения.
С учетом вышеизложенного представляется целесообразной следующая
структура и основное содержание проекта ОДМ:
1. Нагрузки и воздействия.
1.1 Основные типы транспортных средств и статистика их распределения в транспортном потоке (по нагрузке на ось – А1, А2, А3; по количеству
колес – однобалонные и двухбалонные; транспортные тележки с различным
количеством осей; легковые а/м с шипами).
1.2 Характеристика воздействия транспортных средств при колееобразовании (давление колеса; истирание резиновой шиной; износ шипами; скоростной режим движения автомобилей различных типов; повторяемость
проходов по полосе наката автомобилей различных типов в различных дорожных условиях).
1.3 Климатические характеристики (максимальные и минимальные температуры; продолжительность зимних, летних и переходных периодов; число циклов замораживания – оттаивания).
2. Свойства материалов дорожных одежд и методы их оценки (устойчивость а/б к износу шипами и резиновыми шинами при различных температурах; коэффициент теплового расширения а/б и укрепленных материалов; модуль Юнга а/б и его прочность на растяжение при изгибе при
различных, в т. ч. отрицательных, температурах; устойчивость а/б к усталости и старению; морозостойкость а/б).
3. Методики прогнозирования глубины колеи на стадии проектирования
дорожной одежды.
3.1 Накопление остаточных деформаций в земляном полотне в переходные и летний периоды.
3.2 Накопление остаточных деформаций в основании ДО в переходные
и летний периоды.
3.3 Накопление остаточных деформаций в асфальтобетонных слоях
в летний период с учетом данных о сдвигоустойчивости, полученных
по различным методикам.
10
Секция автомобильных дорог
Ɍɚɛɥɢɰɚ 1
Ɏɚɤɬɨɪɵ,
ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɢɟ
ɩɪɢ
ɤɨɥɟɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɢ
1.ɇɚɤɨɩɥɟɧɢɟ
ɨɫɬɚɬɨɱɧɵɯ
ɞɟɮɨɪɦɚɰɢɣ ɜ
ɡɟɦɥɹɧɨɦ
ɩɨɥɨɬɧɟ
2.ɇɚɤɨɩɥɟɧɢɟ
ɨɫɬɚɬɨɱɧɵɯ
ɞɟɮɨɪɦɚɰɢɣ ɜ
ɫɥɨɹɯ
ɨɫɧɨɜɚɧɢɹ
3.ɇɚɤɨɩɥɟɧɢɟ
ɨɫɬɚɬɨɱɧɵɯ
ɞɟɮɨɪɦɚɰɢɣ ɜ
ɫɥɨɹɯ
ɚɫɮɚɥɶɬɨɛɟɬɨɧɧɨɝɨ
ɩɨɤɪɵɬɢɹ
4. ɋɪɟɞɧɢɣ
ɝɨɞɨɜɨɣ ɢɡɧɨɫ
ɚɫɮɚɥɶɬɨɛɟɬɨɧɧɨɝɨ
ɩɨɤɪɵɬɢɹ
5. Ɂɢɦɧɢɣ
ɢɡɧɨɫ
ɚɫɮɚɥɶɬɨɛɟɬɨɧɧɨɝɨ
ɩɨɤɪɵɬɢɹ
ɲɢɩɨɜɚɧɧɵɦɢ
ɲɢɧɚɦɢ
6.Ɍɟɦɩɟɪɚɬɭɪɧ
ɵɟ ɬɪɟɳɢɧɵ ɜ
ɚɫɮɚɥɶɬɨɛɟɬɨɧ
ɧɨɦ ɩɨɤɪɵɬɢɢ
ɧɚ ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ
ɢɡ
ɭɤɪɟɩɥɟɧɧɵɯ
ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ
Ɋɟɲɟɧɢɹ ɪɚɡɥɢɱɧɵɯ ɩɪɨɛɥɟɦ ɤɨɥɟɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ,
ɢɦɟɸɳɢɟɫɹ ɜ ɧɨɪɦɚɬɢɜɧɵɯ ɬɟɯɧɢɱɟɫɤɢɯ ɞɨɤɭɦɟɧɬɚɯ
ɈȾɇ
ȽɈɋɌ 9128 Ɂɚɪɭɛɟɠɧɵɟ Ɋɟɤɨɦɟɧɞɚɰ
ɧɚ ɢɢ
218.046-01 ɢ
ɞɪɭɝɢɟ ɧɨɪɦɵ
(Ɋɨɫɚɜɬɨɞɨ
ɪɨɫɫɢɣɫɤɢɟ ɚ/ɛ
ɪ, 2002)
ɇɌȾ ɧɚ ɚ/ɛ
ɧɟɬ
ɧɟɬ
Ɇɟɬɨɞɢɤɚ
ȼɧɭɬɪɟɧɧɟɟ
ɪɚɫɱɟɬɚ
ɬɪɟɧɢɟ ɢ
ɝɥɭɛɢɧɵ
ɫɰɟɩɥɟɧɢɟ
ɤɨɥɟɢ ɜ
ɜ ɝɪɭɧɬɟ
ɩɟɪɟɯɨɞɧɵɣ
ɩɟɪɢɨɞ
ɧɟɬ
ɧɟɬ
Ɇɟɬɨɞɢɤɚ
ȼɧɭɬɪɟɧɧɟɟ
ɪɚɫɱɟɬɚ
ɬɪɟɧɢɟ ɢ
ɝɥɭɛɢɧɵ
ɫɰɟɩɥɟɧɢɟ
ɤɨɥɟɢ ɜ
ɜ ɩɟɫɤɟ
ɩɟɪɟɯɨɞɧɵɣ
ɩɟɪɢɨɞ
Ɇɟɬɨɞɢɤɚ
ɧɟɬ
ȼɧɭɬɪɟɧɧɟɟ Ɍɟɫɬ
ɧɚɝɪɭɠɟɧɧɵ ɪɚɫɱɟɬɚ
ɬɪɟɧɢɟ ɢ
ɝɥɭɛɢɧɵ
ɫɰɟɩɥɟɧɢɟ ɦ ɤɨɥɟɫɨɦ
ɤɨɥɟɢ ɜ
ɢɥɢ ɤɪɢɩɜ ɚ/ɛ
ɥɟɬɧɢɣ
ɬɟɫɬ
ɩɟɪɢɨɞ
ɧɟɬ
ɂɡɧɨɫɨɫɬɨɣ ɂɡɧɨɫɨɫɬɨɣ
ɤɨɫɬɶ
ɤɨɫɬɶ ɳɟɛɧɹ
ɳɟɛɧɹ
ɩɨ ɦɟɬɨɞɭ
ɅɨɫȺɧɞɠɟɥɟɫ
ɧɟɬ
ɧɟɬ
ɂɫɩɵɬɚɧɢɟ
ɚ/ɛ ɩɨ
ɦɟɬɨɞɚɦ
SRK ɢɥɢ
PRALL
ɧɟɬ
ɉɪɨɱɧɨɫɬɶ
ɚ/ɛ ɧɚ
ɪɚɫɤɨɥ ɩɪɢ
0°ɋ
ɉɪɨɱɧɨɫɬɶ
ɚ/ɛ ɧɚ
ɪɚɫɤɨɥ ɩɪɢ
0°ɋ
11
Ɇɟɬɨɞɢɤɚ
ɪɚɫɱɟɬɚ
ɝɥɭɛɢɧɵ
ɤɨɥɟɢ ɜ
ɬɟɱɟɧɢɟ
ɝɨɞɚ
ɧɟɬ
ɧɟɬ
ȼɨɩɪɨɫɵ,
ɬɪɟɛɭɸɳɢɟ
ɪɟɲɟɧɢɹ
ɍɬɨɱɧɟɧɢɟ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɪɚɫɱɟɬɚ ɫ ɭɱɟɬɨɦ
ɪɚɡɦɹɝɱɟɧɢɹ ɚ/ɛ
ɥɟɬɨɦ
ɍɬɨɱɧɟɧɢɟ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɪɚɫɱɟɬɚ ɫ ɭɱɟɬɨɦ
ɪɚɡɦɹɝɱɟɧɢɹ ɚ/ɛ
ɥɟɬɨɦ
ȼɵɛɨɪ
ɚɞɟɤɜɚɬɧɨɣ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɢɫɩɵɬɚɧɢɣ
ɨɛɪɚɡɰɨɜ ɚ/ɛ ɢ ɟɟ
ɤɨɪɪɟɥɹɰɢɹ ɫ
ɝɥɭɛɢɧɨɣ ɤɨɥɟɢ
ɍɬɨɱɧɟɧɢɟ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɪɚɫɱɟɬɚ ɫ ɭɱɟɬɨɦ
ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ
ɢɡɧɨɫɚ ɚ/ɛ ɨɬ
ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɵ
ȼɵɛɨɪ
ɚɞɟɤɜɚɬɧɨɣ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɢɫɩɵɬɚɧɢɣ
ɨɛɪɚɡɰɨɜ ɚ/ɛ ɢ ɟɟ
ɤɨɪɪɟɥɹɰɢɹ ɫ
ɝɥɭɛɢɧɨɣ ɤɨɥɟɢ
Ɋɚɡɪɚɛɨɬɤɚ
ɦɟɬɨɞɢɤɢ
ɪɚɫɱɟɬɚ
ɩɨɤɪɵɬɢɹ (ɜ ɬɨɦ
ɱɢɫɥɟ ɫ ɭɱɟɬɨɦ
ɞɢɧɚɦɢɤɢ) ɢ
ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ
ɤɨɧɫɬɚɧɬ ɚ/ɛ ɞɥɹ
ɪɚɫɱɟɬɚ ɩɪɢ
ɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɵɯ
ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚɯ
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
3.4 Истирание асфальтобетонного покрытия резиновыми шинами в течение года с учетом температуры дорожного покрытия и состава асфальтобетона.
3.5 Износ асфальтобетонного покрытия шипованными шинами в зимний период с учетом данных об устойчивости асфальтобетона к износу, полученных различными методами.
3.6 Рекомендации по учету износа цементобетонных покрытий шипованными шинами в зимний период с учетом данных об устойчивости цементобетона к износу, полученных различными методами.
4. Методика проверки асфальтобетонного покрытия на трещиностойкость (для покрытий на основаниях из укрепленных неорганическими вяжущими материалов, цементобетонов и покрытий на мостах).
5. Технико-экономическая эффективность проектных решений с учетом
долговечности дорожных покрытий по критерию поперечной ровности.
5.1 Прогнозирование межремонтных сроков для дорожного покрытия
в разделе проектной документации «Рекомендации по эксплуатации сооружения».
5.2 Рекомендуемые технологии ремонта колеи для включения в раздел
проектной документации «Рекомендации по эксплуатации сооружения»
(с учетом отечественного и зарубежного опыта).
5.3 Методика оценки технико-экономической эффективности проектных
решений ДО с учетом колейности.
6. Примеры проектных расчетов ДО с учетом действия различных факторов колееобразования.
Литература
1. ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» / Отраслевые
дорожные нормы // Государственная служба дорожного хозяйства МИНТРАНС РФ,
2001. – 76 с.
2. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных
одеждах / Утверждено распоряжением Росавтодора № ОС-556-р от 24.06.2002. –
М. : РОСАВТОДОР, 2002. – 94 с.
3. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд
(взамен ВСН 191-91) / Введены в действие распоряжением Минтранса России
№ ОС-1066 от 03.12.2003. – М. : РОСАВТОДОР, 2003. – 186 с.
12
Секция автомобильных дорог
УДК 625.85
аспирант Д. В. Гесь (СПбГАСУ)
ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТОВ
ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ
И ЦЕМЕНТОБЕТОНОВ ДЛЯ ДОРОЖНОГО
СТРОИТЕЛЬСТВА
Одной из причиной возникновения колейности на асфальтобетонных покрытиях является недостаточная прочность основания. Увеличение прочности основания достигается путем введения в него цементного или органического вяжущего, а также устройства под асфальтобетонным покрытием слоя
из цементного бетона.
Коэффициенты теплового расширения (далее КТР) асфальтобетона и цементобетона очень различны между собой и их совместное деформирование при понижении температуры окружающего воздуха, вызывает значительные растягивающие напряжения в покрытии, способствующие к образованию трещин. При проектировании дорожных одежд, в расчет следует
закладывать материалы с как можно близкими по значению КТР. Российская
нормативная документация [1,2] не предусматривает методику определения
КТР асфальтобетона. Автором предлагается для определения КТР асфальтобетона использовать, например, дилатометр объемный дифференциальный
типа ДОД-100К/3 [3]. Дилатометры такого типа достаточно широко распространены в строительных лабораториях и применяются для оценки морозостойкости образцов цементных бетонов.
В основу работы дилатометра положен дифференциальный принцип измерения температурных объемных деформаций материала. При
этом эталоном для сравнения является стандартный металлический образец имеющий форму и размеры образцов испытуемого материала.
Конструктивно прибор состоит четырех камерных блоков: трех рабочих
и одного опорного, блока датчиков перемещений, пятиканального котроллера для ввода измеряемой информации в компьютер через последовательный интерфейс [4].
Предварительно насыщенные водой образцы цементного бетона (куб
с размером ребра 100 мм) помещаются в рабочие камерные блоки, а металлический образец – в опорный камерный блок. Все камерные блоки
заполнены передающей деформации жидкостью. Изменение уровня передающей жидкости фиксируют емкостные датчики, установленные в горловине
13
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция автомобильных дорог
камерных блоков. После установки камерных блоков в морозильную камеру начинается понижение температуры в камере. На мониторе компьютера, в процессе измерения, отображается графики изменения величины
дифференциальной объемной деформации от времени. Испытание считается законченным после аномального скачка, который происходит в момент фазового перехода «вода→лед» в каждом рабочем камерном блоке.
По значению максимального относительного увеличения разности объемной деформации бетонного и стандартного образцов (величина аномального скачка) определяется марка по морозостойкости испытуемого цементобетона, согласно [5]. Данный вид испытаний проводится в дифференциальном режиме работы дилатометра, но также возможна работа дилатометра и в объемном режиме. Объемный режим работы дилатометра, в отличие от дифференциального, позволяет измерять величину температурной деформации системы «камерный блок→рабочая жидкость→образец».
Причем здесь насыщение образцов происходит хлористым кальцием, для
предотвращения аномального скачка, возникающего при отрицательных
температурах. Методика расчета βобр состоит из двух этапов: на первом
этапе определяется βжидк в опорном камерном блоке, где установлен образец с известным КТР, а на втором этапе производится расчет βобр в рабочих
камерных, где уже известен КТР рабочей жидкости. Расчет βобр осуществляется по формуле
Литература
1. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства / Методы испытаний. – М: Госстрой России ГУП
ЦПП, 1999. – 54с.
2. ГОСТ 9128-2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон / Технические условия. – М: Стандартинформ, 2010. – 17 с.
3. Беляев, Н. Н. К вопросу измерения значений коэффициента температурной деформации асфальтобетона / Н. Н. Беляев, Д. В. Гесь // Наука и образование: архитектура, градостроительство, строительство: матер. междунар. конф., посвящ. 80-летию
строительного образования и 40-летию архитектурного образования Волгоградской
области. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. – С. 452–453.
4. Дикун, А. Д. Развитие отечественного дилатометрического метода прогнозирование свойств бетона / А. Д. Дикун, В. Я. Фишман, В. Н. Дикун, И. Н. Нагорняк //
Строительные материалы. – 2004. – № 4. – С. 52-54.
5. ГОСТ 10060.3-95. Бетоны / Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости. – М.: Минстрой России ГУП ЦПП, 1997. – 10 с.
6. Печеный В. Г. Битумы и битумные композиции / В. Г. Печеный. М.: Химия,
1990. – 256 с.
β обр 
ΔVдил  Vжидкβ жидк (tкон  tнач )  Vкамβ кам (tкон  tнач )
,
Vобр (tкон  tнач )
где ∆Vдли – изменение объема системы по дилатометру, см3; Vжидк – объем
рабочей жидкости, см3; βжидк – коэффициент объемного теплового расширения рабочей жидкости, С-1; Vкам – объем камерного блока, см3; βкам – коэффициент объемного теплового расширения камерного блока, С-1 (принимается по справочным данным для стали Ст3); Vобр – объем образца, см3; βобр –
коэффициент объемного теплового расширения образца, С-1; tкон – tнач –
разность температур в начале и конце опыта, °С. Переход от коэффициента объемного теплового расширения β к коэффициенту линейного теплового расширения α может быть выполнен по известной зависимости, согласно
[6]: α = β / 3. Методика испытаний и расчета β асфальтобетона аналогична.
В качестве испытуемого образца принят образец цилиндрической формы
с диаметром и высотой равной 100 мм по [1].
14
УДК 625
аспирант В. П. Петушенко (СПбГАСУ)
инженер Д. М. Скороходов (ЗАО «Институт «Стройпроект»)
канд. техн. наук, доцент Н. Н. Беляев (СПбГАСУ)
РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ
ПОТОКОВ КАД СПб В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Получение данных по параметрам движения транспортных потоков
на КАД СПб ведется в рамках научно-исследовательской работы по теме
«Разработка ОДМ «Методические рекомендации по дополнительным мерам по предотвращению колееобразования на стадии проектирования дорожных одежд», который выполняется ЗАО «Институт Стройпроект»
по контракту с Федеральным дорожным агентством Минтранс Российской
Федерации.
Для проведения мониторинга за транспортными потоками были выбраны три участка, каждый из которых имеет не только свой тип верхнего слоя
дорожной одежды (ЩМА, тип А и литой асфальтобетон), но так же различную геометрию: горизонтальная прямая, поворот и участок подъема.
15
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Таблица 1
Среднесуточная интенсивность на Участке 1
Среднесуточная интенсивность, автомобиль/сут.
Номер
полосы
1
2
3
4
Всего
Легковые
а/м
Отд. Общ. Отд. Общ.
6115
1848
12243
4756
50561
32869
16469
11862
15735
14403
Легкогрузовые
а/м
Отд.
1182
2840
3207
1250
Общ.
8479
Грузовые
а/м
Автобусы
Отд. Общ. Отд. Общ.
2921
54
4267
54
14362
231
1250
95
68
14
Полученные результаты показывают, что параметры движения (скорость
и частота прохода по полосе наката) различны для различных типов автомобилей и различных полос движения. Это целесообразно учитывать при прогнозных расчетах глубины колеи на этапе проектирования дорожных одежд.
16
Таблица 2
Статистика смещения и скорости движения а/м по полосе на Участке 1
2-я
полоса
1-я
полоса
183,6
198,4 214,8
211,4
188,8 178,1 183,2 222,6
201,1
193,7
46,6
43,6
99,9
51,8
96,4
99,8
110,6
97,2
92,6
84,0
87,8
95,0
100,0
74,8
30,6
76,5
грузовые
а/м,
одинарн.
грузовые
а/м,
двойные
легковые
а/м
грузовые
а/м,
одинарн.
грузовые
а/м,
двойные
легковые
а/м
3-я
полоса
легковые
а/м
грузовые
а/м,
одинарн.
грузовые
а/м,
двойные
Среднее
положение
оси а/м
относительно
правой
кромки
полосы
движения, см
Процент
колес,
прошедших
по колее, %
Средняя
скорость,
км/ч
4-я
полоса
легковые
а/м
Основная задача мониторинга – собрать максимально полные и объективные данные по характеристикам транспортного потока. В качестве ключевых факторов приняты: среднесуточная интенсивность движения, определение состава а/м, частота прохода а/м различного типа по полосе наката,
а так же скорости движения а/м. Потоки автомобилей фиксируются видеосъемкой для последующей обработки и подсчета, а скорости автомобилей
измеряются стандартным прибором служб ГИБДД типа «Радис». При сборе
данных для определения среднесуточной интенсивности учитывались отдельно легковые, легкогрузовые, грузовые автомобили (с учетом количества
осей у а/м) и автобусы для каждой полосы движения. При определении скоростей разделение при учете для каждой полосы шло только на легковые
и грузовые автомобили.
Так как автомобили разных типов имеют различную базу по ширине,
различную ширину колес и по-разному располагаются по ширине полосы,
то не все из них проезжают в зоне колеи износа. Что будет непосредственно влиять на интенсивность износа. Поэтому определялись доли автомобильных колес, которые проходили непосредственно по колее износа. При
этом было принято разделение на три типа колес. Это колеса легковых автомобилей, одинарные колеса грузовых машин и двойные колеса грузовых
машин. Разделение производилось исходя из различной ширины колес. При
этом в качестве рабочей гипотезы было принято, что колесо считается прошедшим по колее в том случае, когда хотя бы часть его отпечатка пересекла ось колеи.
В качестве примера для участка 1 в табл. 1 и 2 представлены результаты
мониторинга, выполненного в феврале 2011 г.
Секция автомобильных дорог
64,5
Литература
1. Совещание XI Комиссии. Рекомендации о методике определения существующей
интенсивности движения по автомобильным дорогам / совещание XI Комиссии с 21
по 28 мая 1979 г. в г. Суздале // Автомобильные дороги. – 1979. – 57 с.
УДК 625.84
аспирант А. Н. Корнев (СПбГАСУ)
СОВРЕМЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКЦИИ
ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПОД ТЯЖЕЛЫЕ НАГРУЗКИ
В промышленно развитых странах США, Канаде, Австралии, Великобритании, широко используется строительство покрытий автомобильных дорог из жестких цементобетонных смесей, уплотняемых укаткой.
Технология устройства дорожных покрытий из уплотненного цементобетона является относительно новой. Такие покрытия гораздо прочнее и долговечнее асфальтобетонных, кроме того, на их устройство затрачивается значительно меньше времени.
17
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция автомобильных дорог
При применении укатанного бетона требуется меньшая энергоемкость,
увеличивается расстояние между швами, обеспечивается меньшая усадка, а также сокращаются сроки строительства. Рассматривая опыт европейских стран и Америки можно говорить о том что, укатываемый бетон в дорожном строительстве является очень сухим бетоном из портландцемента,
во многих случаях к нему добавляется также зола уноса. Такой бетон должен
иметь жесткую консистенцию, чтобы его можно было укладывать укладчиками и уплотнять до требуемой конечной плотности катками.
Существующий опыт устройства дорог из укатываемого бетона показал, что такой бетон необходимо применять при устройстве дорог, по которым движутся транспортные средства с большой осевой нагрузкой и дорог,
на которые действует большая механическая нагрузка, например при строительстве: подъездных дорог для сверхтяжелых транспортных средств с осевыми нагрузками до 120 т.
Как показал опыт, лучше всего использовать минеральную смесь с размером зерен 22 мм (7/8 дюйма), лучше 19 мм (3/4 дюйма). При этом самая мелкая фракция должна составлять приблизительно 5-10% на сите 200,
то есть соответственно 0,075 мм.
Ограничение максимального размера зерен и повышение доли пылеватых частиц в смеси создают возможность лучшей укладки и закрытой
структуры поверхности Если укатываемый бетон укладывается в два слоя,
то есть когда проектом предусмотрено двухслойное бетонное покрытие, то
для нижнего слоя может быть использована более крупнозернистая смесь.
Очень важно, чтобы после испытания смеси в ходе реализации проекта
не вносились изменения, потому что только при постоянном составе можно
достичь одинакового качества бетона.
Смеси укатываемого бетона содержат наряду с цементом такие пуццоланы, как, например, золу уноса. Отношение доли цемента к доле золы уноса
составляет 4:1 или 3:1. Так как в начальной стадии пуццоланы не вызывают
появления теплоты гидратации, то слой укатываемого бетона меньше нагревается и поэтому меньше подвержен трещинообразованию. Другой причиной применения пуццоланов является экономия затрат.
Количество воды в смеси бетона определяется, с одной стороны, в ходе
лабораторных испытаний, с другой – ходе опытного строительства. Укатываемая бетонная смесь должна иметь очень жесткую консистенцию, чтобы ее можно было укладывать дорожным укладчиком и затем уплотнять
катком. Количество воды составляет обычно 5–7% от массы в сухом состоянии, то есть оно равно или немного выше оптимального.
Говоря о крупном и мелком заполнителе, в настоящее время в США требования к заполнителям для укатанного бетона такие же, как и к заполнителям для традиционного бетона. В качестве крупного заполнителя используют щебень или дробленый гравий с максимальным размером зерен 19 или
16 мм. Допускается применение заполнителя с зернами размером 38 мм, однако поверхность дорожного покрытия с таким заполнителем плохо обрабатывается и труднее достигается однородность бетонной смеси. Кроме того,
возникает расслоение смеси.
В Швеции во избежание расслоения жесткой бетонной смеси и с целью
лучшей отделки поверхности дорожного покрытия рекомендуют использовать заполнитель с максимальным размером зерен 22 мм. Заполнитель должен содержать мелких фракций больше, чем пластичные смеси. Чтобы получить плотную и непроницаемую для воды поверхность покрытия дороги,
необходимо применять заполнитель с хорошо подобранным гранулометрическим составом.
Говоря о вяжущем, В США в дорожных покрытиях из укатываемых бетонных смесей содержание портландцемента в 2 раза больше, чем в укрепленном цементном каменном материале, и примерно равно содержанию
цемента в традиционном цементобетоне.
Почти на всех построенных площадках или участках дорог в качестве вяжущего применяли портландцемент (тип I и тип II) и золу уноса. Количество
цемента на 1 м3 бетонной смеси составляет 177–354 кг (12–14% от массы
заполнителя), а золы уноса (классов С и F) 10,7–44,3 кг (15–20% от массы
цемента).
В Канаде в соответствии с техническими условиями для устройства
покрытий дорог из укатываемых бетонных смесей рекомендуется применять
цемент типа 10 с нормой расхода 267 кг/м3 и золу уноса класса F с нормой
расхода 59 кг/м3. По мнению специалистов, замена цемента золой уноса целесообразна с экономической точки зрения. При применении золы в бетонных смесях уменьшается усадка бетона. Содержание цемента для устройства
верхнего слоя покрытия должно составлять 10–14%, нижнего слоя – 8%.
Во Франции предлагают вводить в жесткую бетонную смесь добавку
гексафторсиликата магния в количестве 0,5–5% в виде раствора с концентрацией 5–20% и лигносульфоната щелочного или щелочноземельного металла в количестве до 0,5% от массы вяжущего. Для приготовления жесткой
бетонной смеси используют одно или несколько гидравлических или пуццолановых вяжущих типа цемента, золы уноса тепловых электростанций, молотого шлака в сочетании с активаторами или катализаторами или без них.
18
19
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Расход вяжущего принимают около 10%, воды – от 3,5 до 8% по массе
минеральной смеси, в то время как расход вяжущего без добавок достигает
15%, а воды – 10%.
Для устранения расслоения смеси и хрупкости (обезвоживания) верхнего слоя покрытия предлагается вводить в смесь водную суспензию или
эмульсию полимера, предпочтительно в сочетании с пластифицирующими
поверхностно-активными веществами.
Подбор состава смеси и прочностные характеристики бетона
Для оценки консистенции смеси применяется модифицированный прибор Вебе. Эффективная укладка с помощью асфальтоукладчика достигается при жесткости смеси по модифицированному прибору Вебе 45–60 с.
Наиболее экономичное соотношение заполнителя и вяжущего подбирается
по максимальной плотности.
Для оценки уплотняемости смеси используют модифицированный метод Проктора, который обычно применяют для определения уплотняемости цементогрунта.
В Канаде рекомендуют подбирать состав смеси для укатанного бетона
по тем же принципам, что и при строительстве оснований, укрепленных
цементом. Содержание воды в смеси определяют на основе оптимальной
влажности при максимальной плотности, а не по водоцементному отношению. В настоящее время содержание цемента определяется на основе испытаний контрольный образцов на прочность растяжения при изгибе, которая
равна 4,1–4,8 МПа через 28 сут.
В США применение технологии строительства покрытий площадок,
дорог из укатанного бетона дает экономию 15–30% и более по сравнению
с технологией строительства слоев покрытий из традиционного бетона. Как
считают американские специалисты, времени для строительства покрытий
из укатанного бетона требуется на 30% меньше, чем традиционного.
Литература
1. Носов В. П. Цементобетон в дорожном строительстве / Новости в дор. деле:
Науч.-техн. информ. сб. – М.: ФГУП «Информавтодор», 2003. – 6. – С. 51-57.
2. Технические рекомендации по применению укатываемого малоцементного бетона в конструкциях дорожных одежд: ТР138-03 / ГУПНИИМосстрой. – М.,
2004. – 109 с.
3. Ушаков В. В. Современные методы строительства, ремонта, и содержания
цементобетонных покрытий автомобильных дорог / Научно-информационный
технический сборник // Новости в дорожном деле. – М.: Информавтодор,
2003. – 6. – С. 57–64.
4. Глушков Г. И. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог /
Г. И. Глушков, В. Ф. Бабков, И. А. Медников. – М.: Транспорт, 1987. – 225 с.
20
Секция автомобильных дорог
УДК 625.855.3
аспирант А. С. Симонова (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ
НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
На вновь возводимых дорогах под тяжелое и интенсивное движение (в том
числе на КАД) практически через год наблюдается повышенное колееобразование и другие остаточные деформации, что объясняется несоответствием движения устаревшим дорожным конструкциям двадцатилетней давности
(в том числе отсутствует современный каталог дорожных одежд).
Несущие слои дорожной одежды имеют структуру контактного, коагуляционного и кристаллизационного типов. Для несущих слоев контактного типа, характерных для слоев щебня, гравия и песка, минеральные частицы друг с другом взаимодействуют непосредственно. Такие слои не обладают связностью и практически не проявляют вязких свойств, что приводит
к накоплению остаточных деформаций. Для слоев и покрытий с контактным
типом структуры наиболее характеры просадки за счет доуплотнения и дезинтеграции фракций, истирания, а на покрытиях – волнистость, выбоины.
При каждом прогибе дорожной одежды отдельные зерна каменных материалов истираются, раскалываются, измельчаются. Превращаясь во влажную
пластическую массу между твердыми зернами, мелкие частицы вместе
с водой облегчают перемещение зерен, увеличивая размеры прогиба одежды под колесами автомобилей и ускоряя дальнейшее измельчение материалов. При этом повышается суммарная поверхность зерен и битума становится недостаточно. Кроме того происходит старение битума, покрытие становится более жестким, теряя пластические свойства. Сначала образуются
волостные, а затем более широкие трещины, в которые проникает вода, замерзающая зимой, и покрытие постепенно разрушается.
При структуре коагуляционного типа минеральные частицы покрыты
пленками воды или органического вяжущего. К таким материалам относят
грунты, связанные и укрепленные органическим вяжущим, битумоминеральные смеси и асфальтобетон. Материалы, обработанные органическим
вяжущим, отличаются повышенной связностью и под действием нагрузки
проявляются как упругие, так и вязкие свойства. Для слоев с коагуляционным типом структуры наиболее характеры усталостные и температурные
трещины, деформации в виде сдвигов и наплывов. Физико-механические
свойства материалов, обработанных битумом, определяются особенностями связей, возникающих между отдельными зернами, и зависят от свойств
21
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция автомобильных дорог
битума, толщины его пленки, а со временем – от изменения его химического
состава. При старении материала типа асфальтобетона под действием воды
и кислорода воздуха выявляются три стадии. На первой стадии длительное
время нарастает прочность, водоустойчивость, уменьшаются деформативные свойства материала. Это происходит за счет уменьшения количества
масел, увеличения смол, повышение вязкости и когезии битума в результате
взаимодействия битума с минеральным материалом. На второй стадии изза потери вяжущим связующих свойств снижается водо- и морозоустойчивость битумоминерального материала без заметного изменения его прочности. Третья стадия сопровождается резким снижением прочности материала,
повышением его водонасыщения, набухания и уменьшением водо- и морозоустойчивости. Это приводит к коррозии покрытия, усиленному выкрашиванию минеральных частиц и образованию разрушений.
Кристаллизационный тип структуры характерен для цементобетонов,
каменных материалов и грунтов, укрепленных цементом и другим минеральным вяжущим. Связь между частицами материала осуществляется через спайки, образованные кристаллами вяжущего. Для таких материалов характерна повышенная жесткость и прочность, упругие свойства выражены
достаточно четко. Для слоев одежды из монолитных материалов наиболее
опасны растягивающие напряжения, возникающие в слое при изгибе.
Для слоев и покрытий кристаллизационного типа более характерны восстанавливающиеся деформации и разрушения (трещины, проломы, шелушение, истирание). В цементобетонных покрытиях напряжения возникают
под влиянием нагрузки и температуры воздуха. При нагревании и охлаждении покрытие изменяет размеры, но из-за веса плит и сил трения нижней
поверхности покрытия (или основания) проявляются температурные напряжения.
В современных условиях тяжелого и интенсивного движения остро
стоит проблема борьбы с трещинообразованием (в том числе с появлением отраженных трещин) в конструкциях дорожных одежд и с образованием колеи на покрытии, обуславливающие повышение сроков службы и сохранение конструкцией ее эксплуатационных качеств. Методы по
снижению трещинообразования и колееобразования можно разделить
на группы: снижение модуля упругости и коэффициента температурной
деформации несущего слоя, устройство трещинопрерывающих прослоек, повышение деформационно-прочностных качеств асфальтобетонного покрытия при низких температурах, повышение устойчивости за счет
регулирования трещинообразования в несущем основании (для обеспечения равномерности деформирования).
В задачу работы входит проведение анализа деформирования дорожного
покрытия на основаниях разных типов; разработка новых конструктивнотехнологических решений, учитывающих положительные качества асфальтобетона и цементобетона. А также дать оптимальные решения комбинированной конструкции (максимально снизить трещинообразование, и колейность), в том числе обоснование и расчет оптимального соотношения толщин асфальтобетона и цементобетона.
22
Литература
1. Карпов Б. Н. Основы строительства ремонта и содержания автомобильных дорог / Б. Н. Карпов. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 208 с.
2. Васильев А. П. Эксплуатация автомобильных дорог и организация движения /
А. П. Васильев, В. М. Сиденко. – М.: Транспорт. 1990. – 304 с.
УДК 625.855.3:625.731.7
cтудент В. А. Кузьмичева,
аспирант А. С. Симонова,
д-р техн. наук, профессор Б. Н. Карпов (СПбГАСУ)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ
ОДЕЖДЫ НА ЛЕСНОМ ПР.
В рабочих чертежах проекта, выполненного в ООО «Севзапинжтехнология» предложена дорожная одежда нежесткого типа, включающая трехслойное а/б покрытие, общей толщиной 21 см на несущем слое гранитного
щебня, устроенного способом заклинки толщиной 35 см с подстилающим
слое из мелкого песка толщиной 39 см с уложенной над ним прослойкой геосинтетического материала «Комитекс».
Расчеты выполненные на кафедре автомобильных дорог СПбГАСУ показали низкую колееустойчивость данной конструкции.
В целях обеспечения высокой колееустойчивости и трещиностойкости покрытия для данного объекта разработана новая нетрадиционная конструкция дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на жестком
фрагментированном несущем слое.
Несущий слой дорожной конструкции рассматривается как фрагментированная пластина на винклеровом основании с рациональными по
очертанию и одинаковыми по форме и размерам контурами, ограниченными рустами (вмятинами). По ним в начальный период эксплуатации под
23
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
действием транспортной нагрузки образуются изломы срединной поверхности, представляющей собой упругие «шарниры».
При расчете разработанной конструкции система взаимосвязанных элементов фрагментированных несущих слоев (бетонных сборных и монолитных) рассматривается в виде дискретно-континуальной структуры. При
этом континуум, т.е. непрерывность, распространена в пределах многоугольного несущего фрагмента, а разрывы имеют место на линиях швов, рустов, разрезов, трещин.
Установление рациональных форм, величин и одинаковых размеров
элементов несущего слоя, ограниченных разрезами (при оптимальной
жесткости зон разрезов), способствует увеличению однородности конструкции. Это позволяет существенно выровнять давление на нижний
слой основания и повысить устойчивость самих несущих элементов в процессе эксплуатации, что вместе с уменьшением влияния температурновлажностного деформирования в границах зон разрезов снижает величины раскрытия изломов в несущем слое и концентрацию напряжений в них.
Это в итоге способствует обеспечению монолитности асфальтобетонного
покрытия, усиленного ребрами в зонах изломов (вмятин) несущего слоя.
Технология устройства дорожного и аэродромного основания включает укладку монолитного или сборного бетонного слоя с фрагментированием (надрезами), за счет чего обеспечивается создание ослабляющих поперечное сечение углублений (надрезов, вмятин) заданного рисунка, устанавливающих расчетные размеры, связи и форму будущих несущих элементов
с последующим устройством асфальтобетонного покрытия. Рассчитаны рациональные размеры несущих элементов фрагментированного бетонного
слоя в плане, формы которых должны приближаться к кругу (шестигранники и квадраты вразбежку); форма поперечного сечения надрезов (вмятин)
рекомендуется округлая (овальная) (рис. 1).
Рекомендуемый несущий слой бетонного покрытия, жесткого основания под асфальтобетонное покрытие представляет собой фрагментированную пластину из взаимосвязанных рабочих элементов рациональных форм
(в плане – шестигранных призм, овалов, цилиндров и т. д.), оптимальных
размеров (от размеров элементов мощения до 1,1L – упругой характеристики плиты «L») и связей элементов – от идеально-шарнирной до жесткости
близкой к жесткости элемента.
На рис. 2. и в таблице представлена конструкция дорожной одежды.
Конструкция предусматривающая возведение несущего бетонного слоя
с рациональными разрезами, обладает рядом свойств, существенно влияющих на снижение трещинообразования и колейности. Среди них можно выделить следующие:
24
Секция автомобильных дорог
А
А
ослабленные
зоны
рабочие элементы
фрагментированного
несущего слоя
А
А
I
А-А
II
а/б с ребрами
h/3
h
Фрагментированный цементобетон
излом
Шламовые, шлаковые и
аналогичные смеси
Укрепленная цементом щебеночно
гравийно-песчаная смесь оптим. состава
Рис. 1. План и поперечный разрез фрагментированного
несущего слоя дорожной одежды
– плотное прилегание элементов сборного или монолитного несущего
слоя к нижнему основанию при укладке, что приводит к уменьшению напряженного состояния основания до и после укладки асфальтобетонного
покрытия, повышению равномерности деформирования дорожной одежды;
– повышение трещиностойкости асфальтобетонного покрытия вследствии температурно-влажностного деформирования элементов несущего
слоя только в границах заданных разрезов и устойчивости рабочих элементов за счет рациональных размеров, форм элементов и оптимальных жесткостей связей между ними;
25
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция автомобильных дорог
УДК 625.855.3:625.731.
cтудент Е. Б. Халюк,
cтудент В. А. Громов,
д-р техн. наук, профессор Б. Н. Карпов (СПбГАСУ)
СБОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ НЕСУЩЕГО СЛОЯ
ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
Рис. 2. Конструкция дорожной одежды
Минимальные толщины слоев конструкции дорожной одежды с несущим
слоем из фрагментированного бетона
Категория
дороги
Интенсивность
движения, авт/сут
I
7000
4000
3000
2000
<2000
II
III
IV
Толщина слоя, см
h1
h2
h3
10
8
6
6
5
16
16
16
16
16
40
36
36
30
20
Толщина
конструкции
дорожной одежды H,
см
66
60
58
52
41
– снижение колейности, в том числе, за счет возможности укладки тонкослойного асфальтобетонного покрытия на фрагментированном бетонном
основании с высокой распределяющей способностью;
– уменьшение отрицательных динамических характеристик системы
«основание – покрытие» вследствии гашения динамики (демпфирования)
на контактах рабочих элементов и плотного их прилегания (улучшения контакта) с нижним слоем;
– улучшение связей между слоями дорожной одежды (нижним и верхним) посредством рационального рустования несущего слоя и ребер в покрытии, повышающих устойчивость и срок службы дорожной одежды.
Литература
1. Карпов Б. Н. Основы строительства ремонта и содержания автомобильных дорог / Б. Н. Карпов. – М: Издательский центр «Академия», 2011. – 208 с.
2. Карпов Б. Н. О совершенствовании технических решений устройства дорожных одежд/ Б. Н. Карпов, М. П. Клековкина, К. Г. Мещеряков // Дорожная держава. – 2010. – № 26. – С. 18–20.
26
В рамках решения проблемы колейности на дорогах разработан сборный вариант конструкции, изготавливаемый на заводах ЖБИ «Баррикада»
в виде сочлененных монтажных единиц (рис. 1) со специальной подготовкой форм для изготовления (например, установкой на поддоне форм рустообразующих элементов, высотой ≈ 1/3 толщины плиты или установкой
в формы синтетических вкладышей, разделяющих бетонную плиту на взаимосвязанные элементы и остающихся в изготовленной секции).
1
2
А
А
А
2
3
4
Рис. 1. Конструкция сборного основания
Новая конструкция сборного основания (рис. 2) эффективна для сооружения дорожных одежд в период низких температур или при невозможности использования в качестве основания монолитных или щебеночных
слоев. Особенно целесообразно ее применение при двухстадийном строительстве в течении времени стабилизации конструкции с последующим
перекрытием сборных плит асфальтобетоном.
27
Секция автомобильных дорог
Рис. 2. Плита дорожная ПДС 60.18, принц. Чертеж
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Сборное основание представляет собой несколько рядов вытянутых
в плане плит 1, уложенных со смещением каждого ряда на 0,5 плиты. Плита
со своей опорной поверхности снабжена рустами (бороздками) 2, которые ослабляют ее сечение и разделяют ее на группу секций, являющихся
элементами шестигранника. В месте переломов ломанной линии руста
в плите предусмотрены конические углубления 3. Армирована плита продольными стержнями 4 из стали класса A-II. Поперечная арматура состоит из
гладких стержней диаметром 6 мм. Габаритные размеры плиты прошедшей
испытание 1,75×6,0×0,16, масса 4200 кг. Глубина рустов составляет примерно
одну треть от половины высоты сечения плиты. Так как в эксплуатации работа несущего слоя покрытия обеспечивается системой малых жестких бетонных элементов, а металл требуется лишь для их связи и соединений при стыковке блоков, то и при больших размерах блок-секций расход металла для них
в 2-3 раза меньше чем для традиционной плитной конструкции таких же размеров. При монтаже покрытия обеспечивается повышение производительности труда на 15% за счет сокращения перекладок блоков, снижение трудозатрат на 10%, электроэнергии на 10%, топлива на 5%.
Плиты укладываются автомобильным краном на выравнивающий слой.
Конструктивные особенности плиты позволяют снизить требования к качеству ее контакта с выравнивающим слоем, что способствует росту производительности труда на монтаже основания. При эксплуатации сборного
основания в процессе строительства и в последующий период до перекрытия асфальтобетоном происходит трещинообразование по сечениям,
обозначенным рустами. Каждая секция плотно прилегает к основанию
и работает как отдельная маленькая плита, соединенная с соседними посредством стержней арматуры. Внедрение новой конструкции позволило
повысить сроки службы дорожной одежды, производительность труда
по изготовлению плит и монтажу сборного покрытия, снизить его металлоемкость.
Литература
1. Карпов Б. Н. Основы строительства ремонта и содержания автомобильных
дорог / Б. Н. Карпов. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 208 с.
2. Карпов Б. Н. О совершенствовании технических решений устройства дорожных одежд/ Б. Н. Карпов, М. П. Клековкина, К. Г. Мещеряков // Дорожная держава. – 2010. – № 26. – С. 18–20.
28
29
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
Отсюда, если AB΄ – A΄B ≠ 0, то для координат точки пересечения прямых
получаем такие выражения:
x
СЕКЦИЯ ГЕОДЕЗИИ
AC ' A' C
CB 'C ' B
,y
,
AB' A' B
AB' A' B
или, введя определители второго порядка, имеем
УДК 621.375-6826528.241
студентка А. В. Хильченко,
канд. техн. наук, профессор В. М. Масленников (СПбГАСУ)
CB
C' B
,y
x
AB
A' B'
АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗМЕЖИВАНИЯ ГРАНИЦ
ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТКА
AC
A' C
.
AB
A' B'
Применение этого способа рассмотрим на примере.
При решении задач размежевание границ земельного участка часто
встречаются такие, которые могут быть решены аналитическим способом.
К примеру, есть земельный участок, через который проходит трасса.
Необходимо определить границы деления земельного участка.
Тогда решение задачи по нахождению координат точек на границе земельного участка, получившихся в результате его пересечения разделительной линией.
Такая задача достаточно корректно может быть решена с применением математического аппарата аналитической геометрии, используя формулы уравнения прямой и решения задачи по определению точек пересечения
двух прямых.
Рассмотрим это решение в общем виде.
Имеем две прямые:
Пример. Определение местоположения точек на границе земельного
участка, полученных в результате ее пересечения с осью проектируемой
трассы линейного сооружения.
Дано. Плоские прямоугольные координаты X, Y межевых знаков А, В, С и D
существующего земельного участка и концов отрезка оси трасс – точек М и N.
Требуется определить:
1. Координаты точек 1 и 2 пересечения граничных линий с осью проектируемой трассы MN.
2. Расстояния с и d, а также площадь вновь образованного земельного
участка 1В2.
Решение
Уравнение прямой, заданной двумя точками (первой с координатами Х1,
Y1 и второй Х2, Y2), записывают в виде
Ax  By  C  0
A' x  B' y  C '  0,
A1 X  B1Y  C1  0,
где
A1  Y2  Y1 ;
где A, В, С – коэффициенты линеаризации уравнения прямой.
Точка пересечения этих прямых лежит как на первой прямой, так и на
второй. Поэтому координаты точки пересечения должны удовлетворять как
уравнению первой, так и уравнению второй прямой. Следовательно, для
того чтобы найти координаты точки пересечения двух данных прямых, достаточно решить совместно системы уравнений этих прямых.
Последовательно исключая из уравнений неизвестные y и x, будем иметь
Вторая прямая также задана двумя точками с координатами: X3, Y3, X4, Y4
и соответствующими им значениями параметров А2, В2 и С2.
Тогда координаты (X, Y) точки пересечения двух этих прямых будут:
( AB ' A' B) x  (CB  C ' B)  0
X  ( B1C 2  B2C1 ) /( A1 B2  A2 B1 ),
( AB ' A' B) y  ( AC ' A' C )  0
Y  (C1 A2  A1C 2 ) /( A1 B2  A2 B1 )
30
31
B1  X 1  X 2
C 1  Y1 ( X 2  X 1 )  X 1 (Y2  Y1 )
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
A1  YN  YM ;
B1  X M  X N ;
C1  YM ( X N  X M )  X M (YN  YM )
A2  YB  YC ;
B2  X C  X B ;
C2  YC ( X B  X C )  X C (YB  YC )
Определив описанным способом координаты точек 1 и 2, из решения соответствующих обратных геодезических задач находят отрезки с и d. Затем
по координатам точек 1, В и 2 нового земельного участка вычисляют его
площадь по известным зависимостям.
Отметим, что обязательным условием решения этой задачи является наличие единой системы координат для положения границ земельного участка и линии раздела. Если это условие не выполнено, то предварительно необходимо провести разворот двух систем координат. Например, с использованием программного продукта AutoCAD.
Таким образом, задача по делению участка решена аналитическим способом.
Рис. 1. Пересечение границы земельного участка с осью трассы
линейного сооружения
Применяя данные формулы к решаемой задаче по определению проектных координат X1 и Y1 точки 1, имеем:
A1  YN  YM ;
B1  X M  X N ;
C1  YM ( X N  X M )  X M (YN  YM )
A2  YB  YA ;
B2  X A  X B ;
C 2  YA ( X B  X A )  X A (YB  YA )
Координаты точки пересечения оси трассы MN с граничной линией CB
вычисляют аналогично, т. е.
32
Литература
1. Демидович Б. П., Кудрявцев В. А. Краткий курс высшей математики. – М.:
Наука, 1984. – 487 с.
2. Неумывакин Ю. К., Перский М. И. Земельно-кадастровые геодезические работы. – М.: КолосС, 2008. – 184 с.
УДК 528.531
студентка А. В. Брагина,
канд. воен. наук, доцент Ю. П. Дьяконов (СПбГАСУ)
ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ. ИХ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ
ОТЛИЧИЯ ОТ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Электронным тахеометром называют устройство, объединяющее в себе
электронный теодолит, светодальномер, регистрирующие и вычислительные устройства, блок памяти и передачи информации.
Тахеометр позволяет выполнять любые угловые измерения, определение
расстояний между точками, площади многоугольного участка и позволяет
33
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
определить полярные, прямоугольные координаты и высоту объекта. Он используется для создания сетей планово-высотного обоснования, выполнения топографических, исполнительных съемок и для решения геодезических задач в полевых условиях при помощи прикладных программ.
Основой конструкции тахеометра является прочный литой корпус, на
котором монтируются механические и электронные узлы этого прибора.
Неподвижную часть прибора составляют: основание прибора, треггерные
винты, круглый уровень. К подвижной части прибора относятся: алидадная
колонка, зрительная труба с фокусировочными винтами, оптический визир,
место установки аккумулятора, винты регулировки вертикального и горизонтального круга.
Электронный тахеометр имеет принципиальные отличия от оптикомеханических приборов, главное из которых – многофункциональность.
Прибор сочетает в себе теодолит, дальномер, вычислительные и регистрирующие устройства и может выполнять функции всех этих приборов.
В отличие от теодолита, который измеряет геодезические параметры на
плоскости, тахеометр способен решать пространственные задачи на основе
измерения горизонтальных, вертикальных углов и наклонных расстояний.
Электронный тахеометр отличается по принципу проведения измерений. Так, например, при использовании теодолита необходимо было построить 2 коллимационные плоскости, и только после этого рассчитать горизонтальный угол между ними, а устройство измерения горизонтальных углов
тахеометра позволяет мгновенно без снятия отсчетов измерять горизонтальные углы и направления. При этом обработка измеренных направлений
и углов производится автоматически, поэтому исчезает необходимость ведения журнала измерений.
Точность измерения горизонтальных углов от 3 до 5´´. Вертикальные углы электронный тахеометр также отсчитывает автоматически с точностью от 3 до 6´´.
34
Секция геодезии
Таблица 1
Сравнительная точность измерения горизонтальных углов
Тахеометр
Δβ = 3 – 5´´
Теодолит 2Т30
Δβ = 30´´
Кроме того, устройство измерения вертикальных углов оснащено компенсатором с функцией горизонтирования в двух плоскостях и контролером, что повышает точность установки осей вращения прибора в вертикальное положение. При этом смещение оси может быть учтено вводом соответствующих поправок.
Измерение расстояний также проводится с высокой точностью с помощью лазерного дальномерного устройства, которое работает в 3 режимах: с
отражателем, по отражательной пленке, без отражателя. Измерение расстояний производится с относительной погрешностью от 1:50000 до 1:300000.
Таблица 2
Сравнительная точность измерения расстояний
Тахеометр
1мм/300м
Оптич. дальномер
1мм/(3-5)м
Мерная лента
1мм/(1-3)м
Тахеометр также оснащен лазерным центриром и целеуказателем, что
значительно упрощает подготовку прибора к работе, а также позволяет решать задачи в виде создания отметок и реперов при строительстве сооружений.
Тахеометр также оснащен метеокомплектом, который определяет и автоматически учитывает метеорологические условия наблюдения (температуру, давление, влажность).
Электронный тахеометр значительно упрощает обработку данных и хранение информации. Запоминающее устройство сохраняет параметры измерений и вычислений, а также позволяет оценивать геометрию построений
на местности в графическом виде. В памяти тахеометра может храниться от
5 до 50 тысяч точек с их координатами и другими геодезическими параметрами. Счетно-решающее устройство обрабатывает измерения и представляет конечный результат в удобной форме. В ходе выполнения задач тахеометр определяет ошибки и погрешности, а при выявлении грубых ошибок
пользователю выдается информация об этом и рекомендации по их устранению.
Таким образом, электронный тахеометр является одним из наиболее совершенных и точных геодезических приборов. Благодаря своей многофункциональности прибор способен выполнять практически все геодезические
35
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
задачи. Его применение позволяет сократить трудовые затраты, свести
к минимуму ошибки полевых измерений, что в итоге позволяет, по крайней
мере, удвоить годовые объемы подрядных геодезических работ.
Государственная сеть 2-го класса делается сплошной. Она заполняет
собой полигоны 1-го класса и опирается на их пункты.
Государственные сети 3-го и 4-го классов предназначены для сгущения сети пунктов 1 и 2 классов. Их строят в виде вставок отдельных пунктов
в существующую сеть более высоких классов.
Один из методов создания плановых геодезических сетей это триангуляция. Этот метод основан на построении и решении треугольников по измеренным углам. Триангуляция представляет собой систему примыкающих
или перекрывающих друг друга треугольников, которые могут образовывать триангуляционный ряд или триангуляционную сеть. Сторону одного из
треугольников измеряют непосредственно или получают косвенным путем,
построив так называемую базисную сеть, состоящую, как правило, из ромбов с разными по длине диагоналями. Остальные стороны триангуляционного ряда или сети находят путём последовательного решения треугольников по углам и стороне, используя теорему синусов.
Трилатерация – как и триангуляция, представляет собой построение,
состоящее из треугольников. Однако в этих треугольниках измеряют не
углы, а длины сторон. Триангуляцию и трилатерацию применяют в тех случаях, когда существует видимость на большие расстояния.
Полигонометрия – проложение на местности систем ломаных линий
(полигонометрических ходов), в которых последовательно измеряются углы
и длина каждого отрезка, соединяющего два пункта.
Недостатки ГГС:
Пункты расположены в труднодоступных местах;
Опознавательные знаки, а иногда и пункты (верхние центры) часто
утеряны, так как опознавательные знаки изготавливаются из дерева, а в ходе
строительных и других работ могут быть искажены их положения.
Достоинства ГГС:
Единство системы координат для всех пунктов ГГС на значительной
территории;
Высокая точность определения координат пунктов ГГС.
В связи с этим методика использования пунктов ГГС может быть следующая:
Обследование и по возможности восстановления пунктов;
Планирование методов сгущения геодезической сети, исследования
возможности приближения пунктов к району работ;
Использование пунктов в качестве исходной основы для определения
координат поворота точек границ земельного участка.
Литература
1. Ворошилов А. П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ. – Челябинск: АКСВЕЛЛ, 2007. – 163 с.
2. Маслов А. В., Гордеев А. В., Батраков Ю. Г. Геодезия. – М.: КолосС, 2006. –
598 с.
УДК 621.375-6826528.241
студентка К. А. Осипова,
канд. воен. наук, доцент Ю. П. Дьяконов (СПбГАСУ)
ПЛАНОВЫЕ И ВЫСОТНЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ
В КАДАСТРЕ
При проведении различных народнохозяйственных, в том числе и землеустроительных мероприятий на большой территории необходимы топографические карты и планы, составленные на основе сети геодезических
пунктов, плановое положение которых на земной поверхности определено
в единой системе координат, а высотное – в единой системе высот. При этом
геодезические пункты могут быть плановыми, высотными или одновременно – плановыми и высотными.
Плановые представляют собой совокупность пунктов, которые имеют исключительно горизонтальные координаты. Выполняются на плоскости. Используются для составления кадастрового плана земельного участка
и межевания территории.
Высотные используются для геодезической съемки фасадов зданий,
а также любых объектов, имеющих множество контрольных точек с разной
высотой.
Планово-высотные комбинируют оба способа измерений и потому представляются наиболее сложными и трудоемкими. Построение планововысотных сетей востребовано в промышленности.
ГГС создана на всю территорию РФ и в зависимости от точности работ
подразделяется на классы и разряды.
Государственная сеть 1-го класса служит геодезической основой для
построения всех плановых сетей. С помощью этой сети на территории страны вводится единая система координат.
36
37
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
Таким образом, использование пунктов ГГС в кадастровом деле обязательно и необходимо, но из-за недостатков не всегда возможно, поэтому создание сетей любого класса и разряда осуществляется по заранее разработанным и утвержденным проектам.
средними квадратическими погрешностями взаимного положения смежных
пунктов соответственно 5 и 10 см.
Опорную межевую сеть ОМС1, как правило, создают в городах для установления (восстановления) границ городской территории, границ земельных участков, а также определения месторасположения зданий и сооружений как объектов недвижимости, находящихся в собственности (пользовании) граждан или юридических лиц; ОМС 2 – в черте других поселений для
тех же целей; на землях сельскохозяйственного назначения и других землях для геодезического обеспечения межевания земельных участков, мониторинга и инвентаризации земель и др.
Опорную межевую сеть строят в следующем порядке:
1) планирование, рекогносцировка и техническое проектирование;
2) закладка центров пунктов ОМС и устройство знаков;
3) выполнение геодезических измерений;
4) полевые вычисления и контроль качества измерений;
5) математическая обработка результатов измерений;
6) составление каталога координат пунктов ОМС и написание технического отчета.
Особое значение при создании ОМС придаётся способам закрепления её
знаков. Сложные топографические, геологические, климатические условия
и многие другие факторы очень часто заставляют отказываться от принятых
типов центров геодезических пунктов и искать индивидуальные решения
применительно к местным условиям.
Одна из возможных конструкций центра пункта опорной межевой сети
показана на рисунке 3.1. Центр представляет собой металлическую трубу диаметром 3...6 см и толщиной стенок не менее 0,3 см. Нижний конец трубы имеет заостренную форму. Ее длина должна быть такой, чтобы
после установки марка была расположена над поверхностью земли не более чем на 50 см, а нижний конец трубы после ее забивки в грунт должен
был бы располагаться не менее чем на 30 м ниже наибольшей глубины его
промерзания. В нижней части трубы на расстоянии 5 см от заостренного конца трубы имеются два противоположных отверстия, в которые при
изготовлении знака вставляют отрезок арматурной проволоки диаметром
5...6 мм. До забивки центра выходящие (не более чем на 2 см) из трубы
концы этой арматуры располагают вдоль поверхности трубы. При забивке центра в грунт используют специальную вставку, которую до закрепления марки вставляют в верхний торец трубы. Ударяя, например, металлической кувалдой по вставке, вдавливают концы отрезка арматурной проволоки в грунт.
УДК 621.375-6826528.241.
студентка Е .Б. Михайловская,
канд. воен. наук М. М. Орехов (СПбГАСУ)
ОПОРНО-МЕЖЕВЫЕ СЕТИ, ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В КАДАСТРЕ
Для ведения государственного земельного и других кадастров можно
создавать специальную геодезическую сеть, которую называют опорной межевой сетью (ОМС). Создают их во всех случаях, когда точность и плотность пунктов государственных или иных геодезических сетей не удовлетворяет нормативно-техническим требованиям ведения государственного
земельного кадастра, кадастра объектов недвижимости и др.
Опорная межевая сеть является геодезической сетью специального назначения и предназначена:
для установления единой координатной основы на территориях кадастровых округов с целью ведения кадастра объектов недвижимости, государственного реестра земель кадастрового округа (района); мониторинга
земель; создания земельных информационных систем и др.;
землеустройства с целью формирования рациональной системы землевладения и землепользования, межевания земельных участков;
обеспечения государственного земельного кадастра данными о количестве, качестве и месторасположении земель для установления их цены,
платы за пользование, экономического стимулирования рационального землепользования;
разработки системы мероприятий по сохранению природных ландшафтов, восстановления и повышения плодородия почв, защиты земель
от эрозии и др.;
инвентаризации земель различного назначения;
решения других вопросов государственного земельного кадастра, землеустройства и государственного мониторинга земель.
Предусматривают создание опорных межевых сетей первого ОМС1
и второго ОМС2 классов, точность построения которых характеризуется
38
39
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
Составной элемент пункта ОМС – марка с нанесенной меткой (просверленное отверстие, пропиленный крест, керн и т. п.), к которой относятся
плоские прямоугольные координаты и высоты.
При развитии опорных геодезических сетей на застроенной территории,
например в условиях города, в качестве центров пунктов удобно использовать, так называемые, стенные знаки, закрепляемые на зданиях и сооружениях, а также специальные марки, закладываемые на поверхностях в твердом покрытии (например, на поверхности бетонного основания дороги).
Пункты ОМС следует, по возможности, размещать на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности, к местам
установки пунктов опорных межевых сетей подъезд или подход должны
быть легко доступны, хорошо опознаваться на местности и обеспечивать
долговременную сохранность их центров. На землях сельскохозяйственного
назначения и в сельской местности центры, как правило, закладывают вблизи перекрестков улучшенных грунтовых дорог, опор линий электропередачи и шизи, лесных полезащитных полос и т. п.
Пункты ОМС закладывают на местности с письменного согласия:
1) городской, поселковой или сельской администрации, если они будут
расположены на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности;
2) собственника, владельца, пользователя земельного участка, если они
будут находиться на их земельных участках;
3) соответствующих министерств и ведомств и организаций, если они
будут расположены на землях промышленности и иного специального назначения.
Центры пунктов геодезических сетей из-за разных объективных и субъективных причин часто уничтожают. Государственный контроль за наличием и сохранностью пунктов опорных межевых сетей осуществляет соответствующая контрольная земельная служба. Государственные инспекторы
по использованию и охране земель при выявлении их умышленных повреждений и уничтожении имеют право обращаться в органы внутренних дел
за установлением личности граждан, виновных в нарушении земельного
законодательства, и направлять в соответствующие органы материалы для
привлечения их к ответственности.
Плоские прямоугольные геодезические координаты пунктов ОМС главным образом определяют по наблюдениям ИСЗ ГЛОНАСС и GPS в режиме статика.
Можно также использовать методы триангуляции, полигонометрии
и их комбинации. Допускается определение координат пунктов ОМС2 фото-
грамметрическим методом, технология работ при этом должна регламентироваться техническим проектом с учетом требований к точности взаимного
положения смежных пунктов ОМС, о чем было сказано ранее.
Высоты пунктов опорной межевой сети определяют в Балтийской системе высот с использованием результатов спутниковых измерений, а также
геометрическим или тригонометрическим нивелированием в соответствии
с техническим проектом производства геодезических работ.
40
УДК 528.02
студентка О. М. Тимкив (ГОУ ВПО «Череповецкий государственный
университет»)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ОБРАТНОЙ ЗАСЕЧКИ
В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ ПРИ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Инженерно-геодезические изыскания могут быть выполнены с разной
точностью вследствие применения различных методов. В последние годы с
появлением нового оборудования более популярным становится метод обратной угловой засечки, который заключается в определении неизвестных
координат точки путем измерения на ней углов между направлениями на
три или более исходных пунктов.
Целью моей работы было рассмотреть метод обратной угловой засечки
с момента его возникновения и до современного применения, в частности
способы решения возникающей задачи определения координат.
На практике этот метод применяется для выполнения работ с высокой
точностью, например, для определения центра опоры моста или для привязки теодолитных либо тахеометрических ходов к пунктам геодезической
опорной сети.[1]
Решение обратной угловой засечки способом Даламбера заключается в приведении задачи к решению прямой засечки по формулам Гаусса.
Необходимыми начальными данными являются координаты исходных пунктов и углы направлений с исходных пунктов на определяемую точку.
Рабочими формулами являются следующие:
tg1 P 
( y 2  y1 )ctg1  ( y1  y3 )ctg 2  x2  x3 y

;
( x2  x1 )ctg1  ( x1  x3 )ctg 2  y 2  y3 x
41
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
 2  P  1  P  1 ;
Секция геодезии
 3 P  1 P   2 ;  4 2 P  1 P   3 ;
x1tg1 P  x2 tg 2 P  y 2  y1
;
tg1 P  tg 2 P
y P  y1  ( x P  x1 )tg 1 P  y 2  ( x P  x 2 )tg 2 P .
xP 
Контроль:
x3tg 3 P  x 4 tg 4 P  y 4  y 3
;
tg 3 P  tg 4 P
y P  y 3  ( x P  x3 )tg 3 P  y 4  ( x P  x 4 )tg 4 P .
Решение обратной угловой засечки способом Даламбера
xP 
Определение положения точек данным методом требует выполнения
большого количества вычислений, увеличивает время выполнения работ.
Использование современного программного обеспечения позволяет выполнять эту задачу в автоматическом режиме.
В данной работе (рисунок) была использована программа Microsoft
Office Excel, которая дает возможность при многочисленных измерениях
быстро получать координаты точек, используя внесенные в ячейки программы формулы после задания исходных данных в ячейки, выделенные цветом.
Большее количество исходных пунктов повышает точность определения
координат. Погрешность определения положения искомой точки в значительной мере зависит от ее расположения относительно исходных пунктов.
Решение обратной угловой засечки способом Кнейссля имеет тот же порядок, что и способ Даламбера, но вычисления производят по другим формулам использованием коэффициентов [2].
Для большей точности вычисления производят, используя две комбинации исходных пунктов. Значение координат принимают как среднее от произведенных расчетов.
Рабочими формулами являются:
k1  ( x2  x1 )ctg1  ( y 2  y1 ) ; k 2  ( y 2  y1 )ctg1  ( x2  x1 ) ;
k3  ( x3  x1 )ctg 2  ( y3  y1 ) ;
k  k3
;
k 4  ( y3  y1 )ctg 2  ( x3  x1 ) ; с  ctg1 P  1
k2  k4
y1 P 
k1  ck 2 k 3  ck 4

; x1 P  c  y1 P ; x P  x1  x1 P ; y P  y1  y1 P .
1 c2
1 c2
В ходе работы рассмотрены особенности работы с электронным тахеометром.
42
43
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
В заключение стоит отметить, что рассматриваемый метод при прочих
равных условиях является более точным, а влияние исходных данных на
точность определения положения засекаемой точки является наименьшим.
a) Все источники ошибок являются некоррелированными, т. е. независимыми.
b) Большинство источников ошибок подчиняются нормальному закону
распределения (распределение Гаусса), за исключением ошибок округления
(закон равной вероятности).
c) Характеристикой закона распределения является среднее квадратичное отклонение (СКО) – m
d) Суммарное СКО (mсум) определяется из условия и рассчитывается
по формуле
Литература
1. Комаров, Р. В. Геодезия с основами аэрофотосъемки: учебно-методическое
пособие / Р. В. Комаров, Г.З. Минсафин. – Казань, геологический факультет КГУ,
2008. – 77 с.
2. Поклад, Г. Г. Геодезия: учебное пособие для вузов / Г. Г. Поклад, С. П. Гриднев. – М.: Академический Проект, 2007. – 592 с.
2
mсум
  mi2
УДК 658.512
студентки А. Д. Тимонина, Е. В. Винограденко,
канд. техн. наук, профессор В. М. Масленников (СПбГАСУ)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ
ТЕОДОЛИТНОГО ХОДА. ИСТОЧНИКИ ОШИБОК
К любой геодезической задаче предъявляются определенные требования по точности её решения, которая характеризуется значением допустимой ошибки. В теории ошибок различают систематические, грубые и случайные ошибки. Применяемые способы геодезических работ не содержат
систематических ошибок, а грубые исключаются при правильной организации контроля измеряемых и вычисляемых работ. Поэтому в данной работе рассматриваются только случайные ошибки, являющиеся предметом исследования точности.
Задачи теоретического исследования точности определяются потребностью практики и в общем виде включают:
1. Установление источников ошибок, сопровождающих решение конкретной геодезической задачи;
2. Определение содержания каждого источника ошибок и их законов
распределения, а также вероятностных характеристик этих законов;
3. Расчет характеристик суммарного законов распределения ошибок
в целом;
4. Определение «веса» ошибки i-ого источника в суммарной ошибке;
5. Разработку рекомендаций, направленных на повышение точности.
Эта методика в полной мере относится и к теодолитному ходу.
Поясним некоторые её положения:
44
e) «Вес» i-ого qi источника определяет его влияние на точность решения
задачи и определяется по формуле
qi 
mi2
2
mсум
Полученные результаты являются основой для выработки практических
рекомендаций по повышению точности.
Источниками ошибок при проложении теодолитного хода являются:
1.Ошибки положения исходной точки и ориентирования на цель:
ошибка за центрировку
Зависит от точности установки прибора на станции и на съемочной точке и от расстояния между точками.
ошибка наведения (визирования)
Под ошибкой наведения понимают неточную установку вертикальной
нити сетки или биссектора на изображение предмета. Ошибка наведения зависит от разрешающей способности глаза, увеличения зрительной трубы,
вида сетки нитей, формы и размеров объекта визирования, а также от общих условий видимости.
2. Ошибка снятия отсчетов
Ошибки снятия отсчетов подчиняются закону равной вероятности.
Предельная ошибка снятия отсчетов соответствует половине минимальной
цены деления лимба или отсчетного микроскопа, а срединная ошибка равняется половине предельной.
3. Ошибки измерения расстояний мерной лентой.
Измерение расстояний мерной лентой применяется, как правило, не непосредственно в целях привязки. Поэтому измерять расстояния мерной лентой в большинстве случаев необходимо с особой тщательностью.
45
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
К числу основных источников ошибок, оказывающих влияние на точность измерения расстояний мерной лентой, относятся:
отклонение фактической длины ленты от номинальной;
отклонение ленты при ее укладке от створа измеряемой линии;
смещение задней шпильки при натяжении ленты;
ошибки, обусловленные характером местности и состоянием грунта.
Определение вероятных характеристик каждого источника ошибок является предметом дополнительного исследования.
Таким образом, данная методика позволяет оценить точность теодолитного хода в конкретных условиях его прокладки, наметить пути устранения
основных ошибок, а также определить приборный состав и организацию геодезических работ для достижения установленной точности теодолитного
хода.
Геодезический аспект:
Геодезической основой топографических планов масштабом 1:5000,
1:2000, 1:1000 и 1:500 служат пункты государственной геодезической сети,
сетей сгущения и съемочного обоснования, вычисленные в принятой системе координат в проекции Гаусса и Балтийской системе высот.
Плановая и высотная опорная сеть создается в расчете на удовлетворение требований к точности съемок в масштабе 1:500.
Общим правилом при составлении проекта сетей сгущения и съемочного обоснования является их развитие от пунктов более высокого класса
к более низкому. Сети сгущения развиваются методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии 2–4 классов. На территории застроенной части
города и подлежащей застройки должен приходиться один пункт на 5 км2,
а на пригородных территориях – один на 15 км2. Необходимая плотность
пунктов определяется длинами теодолитных ходов.
На территориях площадью до 25 км2 плановая опорная сеть может состоять лишь из городской полигонометрии I и II разрядов, а высотная сеть
из нивелирования IV класса; на территориях от 2,4 до 5 км2 – городская полигонометрия II разряда; на территориях до 2,5 км2 – теодолитные ходы.
При отсутствии на городской территории пунктов государственной опорной сети 2-го и 3-го классов допускается создание самостоятельной сети
триангуляции или трилатерации 4-го класса с измерением в сети триангуляции не менее чем с двух сторон с точностью не ниже 1:200000; остальные
стороны триангуляции должны иметь точность не ниже 1:75000.
Горизонтальные углы в самостоятельной сети триангуляции 4 класса измеряют с ошибками не более 2». Длины сторон треугольников должны быть
в пределах 2–5 км.
Высотной основой для крупномасштабных топографических съемок
служат марки и реперы II, III, IV классов, которые получают геометрическим нивелированием. Классы нивелирования назначают в зависимости
от размера территории. Нивелирная сеть, создаваемая на городской территории, должна быть привязана, как правило, к двум маркам или реперам государственной нивелирной сети.
Математическая основа:
В качестве картографической проекции топографических карт в России
принята проекция Гаусса-Крюгера. Она названа именем знаменитого немецкого математика Гаусса, разработавшего в 1825 г. общую теорию равноугольного изображения одной поверхности на другой. Рабочие формулы
равноугольной проекции эллипсоида на плоскости дал немецкий геодезист
Крюгер в 1912 г. После этого проекция получила название Гаусса-Крюгера.
УДК 621.378.8266528541
студенты М. Э. Шарова, Е. А. Глушак (СПбГАСУ)
ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОСНОВЫ
ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ ГОРОДСКОГО КАДАСТРА
Карты хранят полученные человеком географические знания, и позволяют сделать на их основе необходимые обобщения, выявить закономерности развития природных явлений. Назначение же именно топографических
карт универсально. Их используют при решении как научных, исследовательских, так и сугубо практических задач, связанных с освоением новых
территорий. По топографическим картам можно установить наличие и изучать закономерности размещения объектов и явлений, исследовать их связи
и взаимосвязи, динамику и развитие.
При создании документации кадастра объектов недвижимости можно
использовать различные топографические материалы. В работе рассмотрены подробно топографические карты и планы.
Топографическая карта – построенное в картографической проекции уменьшенное изображение значительной по площади поверхности Земли, с расположенными на ней объектами, которые обозначают условными знаками.
Топографический план – картографическое изображение на плоскости
в ортогональной проекции и в крупном масштабе ограниченного участка
местности, в пределах которого кривизну уровенной поверхности не учитывают.
46
47
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
Она была принята в СССР на III геодезическом совещании в 1928 г. С 1939
г. проекция Гаусса-Крюгера стала применяться для карт масштаба 1:500000
и крупнее.
В основе разграфки и номенклатуры топографических планов служит
лист карты масштаба 1:100000. Лист плана масштаба 1:5000 получают делением меридианами и параллелями листа карты масштаба 1:100000 на 256
частей с размерами 1’52,5” по долготе и 1’15” по широте; лист плана масштаба 1:2000 получают делением листа плана масштаба 1:5000 на девять
частей (а, б, в, г, д, е, ж, з, и) с размерами 37,5” по долготе и 25” по широте.
Листы планов масштабов 1:1000 и 1:500 ограничивают квадратными рамками размером 50/50 см. Номенклатура каждого листа этих планов состоит
из долготы осевого меридиана данной зоны и зональных координат югозападного угла рамки, выраженных в километрах, например 42-5202-18, где
42 – долгота осевого меридиана, 5250 – абсцисса, а 18 км – ордината.
Кроме стандартной разграфки и номенклатуры допускается применение
квадратных рамок для планов масштабов 1:5000–40/40 см, а для планов масштабов 1:2000,1:1000 и 1:500–50/50 см.
В этом случае за основу разграфки принимают лист плана масштаба
1:5000. Рамки планов масштаба 1:2000 получают путем деления листа плана масштаба 1:5000 на четыре равные части и обозначают буквами А, Б, В,
Г. Рамки листов масштаба 1:1000 получают делением листа плана масштаба 1:2000 на четыре равные части, обозначаемые цифрами I, II, III, IV. Рамки
листов масштаба 1:500 получают делением листа масштаба 1:2000 на шестнадцать равных частей и обозначают цифрами от 1 до 16.
Номенклатуры планов будут обозначаться: 1:2000–7 Г, 1:1000–7-MV,
1:500–7-Г-16.
Таким образом, геодезическая и математическая основы карт определяют геометрические законы построения картографического изображения
благодаря, прежде всего, картографической проекции, масштабу и опорной
геодезической и нивелирной сетям.
При использовании топографических карт и планов в целях кадастра
следует иметь в виду:
1. На топографических картах и планах не изображают границы земельных участков и других объектов недвижимости, поэтому их нельзя в полной
мере использовать при составлении соответствующих документов кадастра;
2. При использовании топографических карт необходимо учитывать искажение в длинах отрезков, а, следовательно, и площадей участка, изображенных в картографической проекции.
Эти искажения обусловлены кривизной земной поверхности. Поправку
в ∆P в площади P земельного участка можно вычислить по приближенной
формуле
48
∆P = P . Y2 / R2 ,
где Y, м – преобразованная ордината средней точки земельного участка (удаление участка от осевого меридиана Земли); R, м – средний радиус кривизны Земли = 6371 м.
Литература
1. В. П. Давыдов, Д. М. Петров, Т. Ю. Терещенко / под ред. д-ра техн. наук, проф.
Ю. И. Беспалова /Картография: учебник – СПб.: Проспект Науки, 2010. – 208 с.
2. Г. Д. Курошев, Л. Е. Смирнов / Геодезия и топография: учебник для студ. вузов
/ 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 176 с.
УДК 621.375-6826528.241
студент Е. О. Федянин,
канд. воен. наук, доцент В. И. Зиновьев (СПбГАСУ)
ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СОВРЕМЕННОГО ТАХЕОМЕТРА
С ростом уровня строительства развивались и совершенствовались
методики и приборы для проведения инженерно-геодезических работ.
Современный геодезический прибор сегодня – это продукт высоких технологий, объединяющий в себе последние достижения электроники, точной
механики и оптики.
Наиболее функциональной разновидностью геодезического оборудования, включающей в себя огромное число технологичных опций, является
электронный тахеометр. Такой геодезический инструмент способен не только измерять расстояния и углы, но и обрабатывать данные прямо в процессе полевых работ.
Тахеометрическая съёмка является самым распространенным видом наземных топографических съёмок, применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. После создания на местности планово-высотного
обоснования тахеометрической съемки приступают к съемке подробностей
рельефа и ситуации местности. Съемку производят полярным способом со
съемочных точек обоснования по реечным точкам. Реечные точки не закре49
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция геодезии
пляют, а рейки при этом ставят непосредственно не землю. Число реечных
точек, снимаемых с каждой точки съемочного обоснования, зависит от рельефа местности, особенностей ситуации, видимости и масштаба съемки.
Реечные точки замещают по возможности равномерно по снимаемой площади таким образом, чтобы расстояния между ними в среднем соответствовали стандартным величинам.
Рис. 2. Схема съемочной сети со связующими
точками
Рис. 1. Реечные точки: а – высотные;
б – контурные
Произошедший в последние годы повсеместный переход на качественно новую технологию и методы системного автоматизированного проектирования объектов строительства предопределил и коренное изменение технологии изысканий с многократным увеличением объемов изыскательной
информации, собираемой в поле для разработки проектов. В связи с этим
стала весьма острой проблема увеличения производительности полевых изыскательных работ, одно из направлений в решении которой заключается
в максимальной автоматизации процесса тахеометрических съемок, начиная с обработки полевых журналов, кончая автоматической подготовкой
ЦММ и топографических планов на графопостроителях.
50
Из современных автоматизированных методов топографических съемок наиболее эффективной является электронно-блочная тахеометрия.
Сущность метода состоит в том, что объект съемки делится на отдельные
участки- блоки, в пределах каждого из которых съемка выполняется с одной
установки тахеометра. Связь между блоками обеспечивается с помощью
связующих точек, выбираемых в зонах перекрытия съемок, выполняемых
с двух смежных станций. В зависимости от условий местности и применяемой технологии ЭТС может выполняться в следующих вариантах:
1. После создания съемочного обоснования либо одновременно с развитием съемочной сети известными традиционными методами.
2. По методу свободной станции, при котором съемочное обоснование
специально не создается, а получается в результате косвенных измерений.
Эффективность применения электронной тахеометрической съемки
(ЭТС) по сравнению с традиционными методами достигается в первую очередь за счет увеличения площади съемки с одной станции, значительным
сокращением временных затрат как на полевые так и на классные работы.
Таким образом, тахеометрическая съемка с использованием современного тахеометра привела к увеличению эффективности измерений, ускорения процесса и решению более сложных геодезических задач, что приводит
к улучшению качества возводимых объектов.
51
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ
УДК 624.21/.8
студент Д. О. Смирнов,
канд. техн. наук, профессор В. А. Быстров (СПбГАСУ)
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА
КОНСТРУКЦИЙ СТЖБ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ
Неотъемлемую часть проектирования и строительства новых мостовых переправ средних размеров занимает этап монтажа и транспортировки частей пролетных строений, это составляет до 40% всех финансовых и трудовых затрат на сооружение моста. По уже давно сложившемуся мнению ничего лучше транспортировки по железной дороге и сборке
пролетного строения на строительной площадке быть не может, но так ли
это?! Недостатки перевозки частей пролетных строений железнодорожным
транспортом видны на-лицо: во-первых размеры блоков пролетных строений ограничены (до 21 метра в длину и до 3,6 метра в ширину) в соответствии с максимальным габаритом перевозок, во-вторых сборка пролетного строения происходит дважды (на заводе при контрольной сборке и на
строительной площадке при любом виде из ныне существующих способах
монтажа), в-третьих, т.к. железная дорога в основном не проходит рядом
с вновь строящимся объектом, то при транспортировке добавляется еще
одно промежуточное звено (автотранспорт перевозящий блоки до строительной площадки). Сами способы монтажа также существенно влияют
на стоимость строительства, например, при продольной надвижке в элементах конструкции возникают напряжения противоположные по знаку
или значительно превышающие эксплуатационные, что ведет к дополнительному усилению конструкции и таким образом ее удорожанию. Также
снижаются темпы монтажа и тратятся дополнительные средства на вспомогательные сооружения. Возникает естественные вопрос можно ли упростить и удешевить все эти этапы строительства? Ответ напрашивается сам
собой: перевозить пролетное строение в собранном состоянии с завода
и монтировать его в таком виде. Как уже отмечалось ранее габариты пере52
Секция мостов и тоннелей
возок, по земле сильно ограничены, выход стоит искать только в воздушном транспорте. Единственный воздушный транспорт который может решить данные проблемы на сегодняшний день является дирижабль.
В настоящее время самой перспективной разработкой является термоплан (одна из разновидностей дирижабля – рисунок). Идею термоплана
еще в 90-х годах XIXвека высказал К.Э.Циолковский, она заключалась в том
что подъемную силу создает не только гелий, но и секции с нагретым воздухом (отработавшие газы из двигателя). Объем гелия составляет 2/3, а воздуха
1/3 от объема термоплана соответственно. Такая схема позволила: во-первых
на 70–75% снизить вес непроизводительного балласта, и во-вторых, что еще
более важно, отказаться от причальных матч и закрытых эллингов (спуск термоплана осуществляется за счет охлаждения отработавших газов). В нашей
стране с 1993 года ведется разработка такого вида дирижабля грузоподъёмностью до 600 тонн (АЛА-500, КБ «Термоплан», диаметр 246 метров, высота 30 метров, крейсерская скорость 110 км/ч, дальность полета до 3000 километров), в Южной Корее – несамоходной установки грузоподъемностью
до 1000 тонн, в США до 400 тонн.
Рис. 1. Термоплан АЛА-40
53
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Так какие же конкретно преимущества открывает термоплан перед проектировщиком: во-первых снимаются ограничения на размеры блоков (появляется возможность более рационально назначать генеральные размеры
конструкции), во-вторых сборка пролетного строения выполняется на заводе (существенно повышается механизация работ, улучшается их качество, снижает их трудоемкость и стоимость), в-третьих снижается металлоёмкость конструкции (за счет смены болтовых и болтосварных стыков
на цельносварные и возможности применения балок с переменной высотой,
а также за счет более рационального использования материала).
Поскольку положение пролетного строение при монтаже и транспортировке будет соответствовать эксплуатационному, то отпадает необходимость дополнительного усиления на монтаже, что в совокупности с заменой всех болтовых и болтосварных стыков на сварные позволит снизить
вес пролетного строения примерно на 16%. Это составит 52 тонны стали
15ХСНД и высокопрочных болтов или 572 тысячи рублей для пролетного строения по схеме 3x42 метра с габаритом Г-11,5+2x0,75, вес металла
пролетного строения которого в обычных условиях составляет примерно
320 тонн. Помимо того что термоплан позволяет существенно выиграть
в материалоемкости конструкции, он занимает не последнее место и в стоимости перевозки одной тонны груза на 1 километр, в таблице приведено
сравнение с другими видами транспортировки.
Стоит отметить еще некоторые плюсы транспортировки и монтажа пролетного строения термопланом:он позволит сократить сроки не только монтажа, но и доставки пролетного строения на строительную площадку по
сравнению с железнодорожным транспортом в 10 раз, а с автотранспортом
в 5 раз, при скорости термоплана 80 км/час, что не является его переделом;
длительность полета тоже практически не ограничена; термоплан позволит
доставить груз по наикратчайшему пути в самые труднодоступные районы,
что для нашей страны с ее необъятными просторами может иметь большую
экономическую выгоду. Как уже отмечалось ранее, термоплану не нужен аэродром, он может сесть практически в любом месте, отсутствуют и перевалочные пункты.
Таким образом эффект от применения термоплана для монтажа и транспортировки пролетного строения 3x42 метра по прикидочным расчетам
может составить: снижение трудоемкости 8000 чел./ч., уменьшение сроков строительства на 2–2,5 месяца, снижение металлоемкости конструкции
и монтажных приспособлений до 52, и 20 тонн, соответственно. Все это может принести экономию в 49 млн. рублей по сравнению с пролетным строением доставленным железнодорожным транспортом и смонтированным
при помощи продольной надвижки.
К недостаткам и проблемам дирижаблестроения можно отнести следующие:
1. Дороговизна и дефицитность материала из которого изготавливается
каркас, оболочки для гелия и внешней оболочки. Для каркаса применяется в основном титан, а для оболочки современные материалы не пропускающие влагу и газ (внутренняя оболочка). Большая стоимость самого гелия
(от 30 до 300 рублей за кубический метр).
2. Как следствие приблизительная сметная стоимость одного термоплана 3600000 тысяч рублей.
3. Хранение и эксплуатация дирижабля тоже не самая простая задача
в виду его больших размеров (напомним, 246 метров в диаметре и 30 метров в высоту).
Наименование транспорта
Автомобильный
Термоплан
Железнодорожный
Себестоимость
перевозки, т.км
Отношение, %
5-10 рублей
3 рубля
0,75 рубля
166-333
100
25
После доставки термопланом пролетного строения на строительную
площадку можно сразу приступать к монтажу, это не простая задача, но
она практически ничем не отличается от опускания пролетного строения
на опоры с плавучих систем. Монтаж будет осуществляться с помощью
направляющих (тросы) закрепленных на земле и движителей установленных на термоплане позволяющих маневрировать во всех направлениях.
Также при необходимости можно сделать регулирование усилий по той же
схеме и с помощью тех же приспособлений что и при надвижке пролетного строения.
54
Литература
1. Болховитинов, В. Ф. Пути развития летательных аппаратов / В. Ф. Болховитинов; М., 1962. – 130 с.
2. ФЕР-2001-30. Сборник 30. Мосты и трубы.
55
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 624.21/8
студент В. С. Иванов,
канд. техн. наук, доцент Е. Н. Корныльев (СПбГАСУ)
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ
УСТОЙЧИВОСТИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ
В последние годы в мире построено достаточно большое количество
большепролетных мостов. В настоящее время в нашей стране сооружается уникальный вантовый мост на остров Русский через пролив Босфор
Восточный в г. Владивостоке с рекордным пролетом 1104 м.
Одной из важнейших задач требующих решения при проектировании мостов больших пролетов, является обеспечение аэродинамической устойчивости.
Большие расчетные пролеты (более 200 м), неблагоприятные динамические свойства (низкие частоты и весьма малые значения логарифмических
декрементов затухания), а также не всегда благоприятные аэродинамические формы поперечного сечения балок жесткости делают их весьма чувствительными к действию ветра и требуют изменения традиционных подходов в проектировании и строительстве мостов [1].
К прикладным задачам аэродинамики относятся определение распределения давления на поверхности тела, определение внешних сил, действующих на обтекаемое газом (потоком воздуха) тело и внутренних усилий возникающих в нем, распределение скоростей в газе, обтекающем тело.
К причинам аэродинамической неустойчивости мостов можно отнести:
– образование вихрей и вихревых дорожек за обдуваемым воздухом элементом. По имени французского ученого Т. Кармана это явление называется
«дорожка Кармана» (рис. 1). Вынужденные колебания могут возникнуть даже
при равномерном воздействии воздушного потока на пролетное строение.
Рис. 1. Схемы образования вихрей и вихревых дорожек
56
Секция мостов и тоннелей
– возникновение автоматических колебаний (автоколебаний) висячих
систем [2].
Основными характеристиками аэродинамики являются:
– число Рэйнольдса (Re) – безразмерная величина характеризующая отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости вычисляемая по формуле:
 V  L
Re =
,

где ρ – плотность газа; V – скорость потока газа; L – характерный размер
конструкции; μ – коэффициент вязкости газа;
– число Струхаля (Sh) – безразмерная величина, определяемая по формуле
f L
Sh 
V ,
где f – частота вихреобразования; V – скорость потока газа; L – характерный
размер конструкции;
– частота срыва вихрей

Sh V
h ,
где Sh – число Струхаля; V – скорость потока газа; h – высота сечения.
Одним из главных, по сути определяющим параметром проверки аэродинамической устойчивости мостов является критическая скорость ветра
(Vкр) для конкретного пролетного строения. Это такая скорость ветра, при
которой на данном пролетном строении возникают аэроупругие явления
(флаттер, бафтинг, ветровой резонанс, галлопирование, параметрический
резонанс, дивергенция).
Флаттер (изгибно-крутильный или классический) – связанные изгибнокрутильные быстро нарастающие во времени самовозбуждающиеся колебания. Причина его возникновения заключается в несовпадении точки приложения аэродинамических сил с центром изгиба поперечного сечения балки
жесткости моста.
Бафтинг наблюдается у элементов конструкции, находящихся в турбулентном потоке или в следе за другими элементами из-за интерференции
аэродинамических сил.
Ветровой резонанс – нарастание амплитуд автоколебаний поперек потока воздуха, наблюдаемое при совпадении частоты срыва вихрей Кармана
с одной из собственных частот колебаний.
57
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Галопирование (раскачивание) – явление, которому подвержены плохо обтекаемые гибкие элементы с неустойчивыми с точки зрения аэродинамики поперечными сечениями (квадратными или прямоугольными).
Подобное явление чаще всего возникает у канатов в случае их покрытия
льдом. Галопирование опаснее резонанса, так как оно нарастает даже при
скорости потока воздуха выше критической, а резонанс возникает только
при критической скорости ветра.
Параметрический резонанс предполагает перекачивание энергии вертикальных колебаний в горизонтальные и наоборот.
Дивергенция – потеря устойчивости от крутильных колебаний.
Проверка аэродинамической устойчивости заключается в выполнении
условия Vкр>Vp, где Vp – расчетная скорость ветра
Определение критической скорости весьма сложная задача. На первичной стадии проектирования можно воспользоваться упрощенным методом
по материалам исследований Курлянда В. Г. [3].
Согласно этой методике величина Vкр определяется по формуле:
В связи с этим необходимо совершенствовать расчетный аппарат и обращаться к более сложным уравнениям, которые наиболее близко отражают
реальную картину воздействия потока газа на конструкцию.
На данный момент существует два уравнения позволяющие получать более точные решения: уравнение Эйлера и уравнение Навье-Стокса.
Уравнение Эйлера описывает движение идеального газа. Понятие идеального газа в аэродинамике отлично от применяемого в физике. Под идеальным газом в аэродинамике подразумевается газ не имеющий вязкости.
Vкр  Vкр , м 
к
2 
 B,
где Vкр,м – приведенная критическая скорость, полученная при испытаниях
моделей; ωк – частота крутильных свободных колебаний; В – ширина пролетного строения моста, м.
Сравнение результатов существующих методик (на примере числа
Струхаля) с экспериментальными данными (рис. 2) свидетельствует о их недостаточной точности (сходимости).



dV
   F  p ,
dt


где ρ – плотность газа; V – вектор скорости газа; F – вектор массовых сил
(тяжести, инерции и т.д.); p – давление в газе; t – время.
Несмотря на упрощение данной математической модели, с помощью
этого уравнения можно решать множество прикладных задач (определения
некоторых аэродинамических характеристик, оптимизации сечения и т. д.)
Решение уравнения Эйлера очень сложная задача и требует мощной вычислительной техники и высокой теоретической подготовки от инженера.
Для получения наиболее полной картины происходящего решение уравнение Эйлера требует решения для пространственной постановки задачи, хотя
для упрощения задачи можно в первом приближении решать данное уравнение для плоских задач. В этом случае уравнение примет вид:
V
V
dV x
p
 V x  x  V y  x )    Fx  ,
x
y
x
dt
dV y
V y
V y
p
 Vx 
 Vy 
 (
)    Fy 
.
dt
x
y
y
 (
Тем не менее, уравнение Эйлера все же не позволяет получить абсолютно достоверных результатов, т.к. данная математическая модель не учитывает образования завихренности газового потока в местах соприкосновения
газа с конструкцией, что является большим упущением при расчете. Для
учета данного фактора, а значит, получения наиболее точного решения задач требуется ввести в уравнение Эйлера вязкость газа, т.е. уйти от модели
идеального газа. Это можно сделать с помощью уравнения Навье – Стокса.
Уравнение Навье – Стокса позволяет описать движение реального газа.
В общем виде оно имеет вид:

Рис. 2. Сравнение зависимостей числа Струхаля от отношения b/d используемых
в МГСН (для мостовых сечений) и Еврокоде (для прямоугольных) с получеными
экспериментальными значениями в ЦАГИ им. Жуковского (по данным МАДИ)
58




dV
   F  p  ( 1   )  divV  V ,
dt


где ρ – плотность газа; V – вектор скорости; F – вектор массовых сил; p –
давление; μ1, μ2 – коэффициенты вязкости.
59
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Решения данного уравнения в общем виде не существует до сих пор.
Решается уравнение численными методами, что требует высоких вычислительных мощностей от компьютеров. При постановке задачи в пространственном случае приходится обращаться к суперкомпьютерам. Тем
не менее с быстрым развитием вычислительной техники и программного
обеспечения решение уравнения Навье – Стокса становится все более реальным.
Чтобы показать сложность задачи, данное уравнение спроецировано
на оси в декартовой системе координат:
 (
dV x
V
V
V
 Vx  x  V y  x  Vz  x ) 
dt
x
y
z
 2V y  2V z
V y V z
 2V
p
 V
)    ( 2x 
),

 ( 1   )  ( x 

x
y
z
x x
z 2
x
y 2
V y
V y
V y
dV y
 Vx 
 Vy 
 Vz 
 (
)
z
x
y
dt
   Fx 
V y V z
 2V y  2V z
 2V
p
 V
 ( 1   )  ( x 


)    ( 2x 
),
y
y x
y
z
x
y 2
z 2
dV
V
V
V
  ( z  Vx  z  V y  z  Vz  z ) 
dt
y
z
x
   Fy 
   Fz 
 2V y  2V z
V y V z
 2V
p
 V
)    ( 2x 
).

 ( 1   )  ( x 

y
z
z
z x
z 2
y 2
x
В заключение хотелось бы отметить, что в настоящие время, есть необходимость и уже появилась возможность минимизировать испытания в аэродинамических трубах и вести проектирование мостовых конструкций используя преимущественно математические модели.
Литература
1. Казакевич, М. И. Аэродинамика мостов / М. И. Казакевич; М.: Транспорт,
1987. – 240 с.
2. Барановский, А. А. Мосты больших пролетов: курс лекций / А. А. Барановский;
СПб, 2003. – 272 с.
3. Бахтин, С. А. Висячие и вантовые мосты: учеб. пособие / С. А. Бахтин; Новосибирск: 1990. – 108 с.
60
Секция мостов и тоннелей
УДК 693.827.1
студент П. А. Валенкевич,
канд. техн. наук, профессор В. А. Быстров (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ (ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ
И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ)
Алюминиевые сплавы достаточно широко распространены в строительстве. Технология производства алюминия происходит в два этапа: получение глинозема Al2O3 из бокситов и др. природных соединений, выделение
из глинозема алюминия. Для улучшения свойств металла добавляют медь,
магний, хром и др. компоненты. Алюминиевые сплавы делятся на два вида:
термически не упрочняемые с добавлением магния или марганца и термически упрочняемые сплавы. Плюсы алюминиевых сплавов, которые используются в строительстве приведены ниже.
Например, предел прочности таких сплавов близок к такой же характеристике для строительных сталей 15ХСНД, удельная прочность в 2,5–4 раза
выше, чем у стали, объемный вес – в 2,8–2,9 раза меньше, чем у стали, что
положительно влияет на работу при динамических нагрузках. Естественно,
алюминиевые сплавы обладают не только положительными характеристиками, но и отрицательными. В их числе, которых можно выделить: модуль
упругости – в три раза меньше, чем у стали, что приводит к увеличению деформаций при временной нагрузке, высокий коэффициент линейного расширения – в 2 раза больше, чем у стали.
Особенности проектирования алюминиевых конструкций определяются
рассмотренными выше свойствами этих сплавов и, прежде всего, меньшим
модулем упругости по сравнению со сталью. Поэтому рекомендуется учитывать следующее:
1. Пониженное значение модуля упругости может повлечь увеличенные
прогибы конструкции еще во время монтажа – от загрузки сооружения постоянной нагрузкой.
2. Для того чтобы полнее использовать прочность алюминиевых сплавов, необходимо путем рационального конструирования сжатых элементов
добиться снижения расчетных гибкостей.
Как можно использовать алюминиевые сплавы в мостостроении?
61
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Алюминиевые конструкции в мостостроении используются в ряде случаев:
1. При реконструкции мостов с железобетонным полотном, опирающимся на стальные балки, когда при отсутствии возможности увеличения собственного веса за счет алюминиевого полотна решается задача увеличения
грузоподъемности моста и расширения его проезжей части.
2. При сооружении или реконструкции мостов в труднодоступных районах, где ограничены возможности доставки материалов, конструкций и оборудования по весу или по срокам.
3. При сооружении мостов в местах исторической застройки, где необходимы наименьшие размеры, минимальное физическое и эстетическое воздействие на среду.
Ситуация с состоянием автодорожных мостов в России также диктует
необходимость проведения работ по их реконструкции, как в силу износа
мостов, так и в связи с резким увеличением автомобильного движения. Учитывая, что значительная часть из них составляют именно сталежелезобетонные мосты, расположенные на напряженных трассах, становится очевидной перспективность применения алюминиевых конструкций для увеличения грузоподъемности мостов и расширения их проезжей части. В России
такие решения перспективны для мостов, расположенных как в городах, так
и вне них.
Интенсивность движения в крупных городах России резко сокращает допустимые сроки ограничения движения на трассе при реконструкции моста. Возможности проведения значительных земляных работ в исторических городских районах для усиления опор мостов при их реконструкции
также ограничены. Всё это свидетельствует о необходимости и эффективности применения легких алюминиевых конструкций в городских условиях.
Что сдерживало широкое использование? Какие обстоятельства и найденные решения уменьшили действие отрицательных факторов?
Во-первых, заведомо неправильный расчет экономических результатов
как следствие разорванности бюджетов нового строительства и последующих
бюджетов эксплуатации и утилизации конструкций, неправомерный перенос
практики экономических расчетов стальных и железобетонных конструкций
на алюможелезобетонный мост. Сегодня необходимо признать, что канули
в лету времена, когда стоимость стальных конструкций была в 7–8 раз меньше алюминиевых.
Во-вторых, некорректный логистический учет экономических потерь
при сокращении сроков прекращения движения при реконструкции или при
строительстве нового моста.
Алюминиевые мостовые конструкции (АМК) демонстрируют наибольший эффект в снижении стоимости жизненного цикла при реконструкции
мостов. Замена изношенных или устаревших железобетонных или стальных конструкций на АМК обеспечивает продление срока жизни и повышение эксплуатационных характеристик мостов.
Сокращение стоимости с использованием алюминия обусловлено сравнительно малым весом АМК. Вес алюминиевого полотна моста при одинаковой грузоподъемности в 5–6 раз меньше веса железобетонного и в 2–4 раза
меньше веса стального. Это позволяет, применив АМК и используя существующие опоры и балки, увеличить грузоподъемность моста в 2–3 раза
и расширить его проезжую часть. Очевидно, что по сравнению с решением
этой задачи путем сооружения нового моста или, по меньшей мере, проведения работ по усилению опор, балок и полотна из железобетона или стали,
стоимость работ снижается. Кроме того, малый вес АМК позволяет собирать крупногабаритные и транспортабельные конструкции высокой заводской готовности, что резко сокращает сроки строительства. По американским данным, среднее время простоя дороги при установке алюминиевого
полотна моста составляет 24 дня против 12 месяцев при сооружении железобетонного полотна.
Сокращение стоимости эксплуатации АМК обусловлено, главным образом, высокой коррозионной стойкостью алюминиевых сплавов. Конструкции
не требуют работ по окраске ни при сооружении, ни в процессе эксплуатации. Кроме того, алюминий, как известно, отличается повышенной хладостойкостью. Это снимает необходимость ревизии сооружений в условиях
эксплуатации при температурах ниже –35°С, то есть на большей части территории России.
В-третьих, ограниченный объем знаний по АМК, в том числе о свойствах и характеристиках алюминиевых сплавов и нехватка практического
опыта при проектировании и эксплуатации АМК, что заставляло инженеров
применять сталь и железобетон. Недостаток профессиональной квалификации по новому материалу и разумная консервативность в столь ответственных сооружениях, как мосты, препятствовали применению алюминия. Тем
более, что в мостостроении не хватает утвержденных нормативных показателей АМК.
В заключение хотелось бы выразить уверенность, что в российском мостостроении появятся условия, обеспечивающие создание новых эффективных мостовых конструкций на основе инновационных подходов, одним
из которых может быть применение алюминия.
62
63
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Литература
1. Ковальчук, М. Ф. Технические условия проектирования конструкций из алюминиевых сплавов / М.Ф. Ковальчук // М., 1961. – 87 с.
2. Артемьева, И. Н. Алюминий в строительстве / И. Н. Артемьева // Л.: Стройиздат,1985. – 285с.
3. Pettersen, А. Aluminium road bridge / A. Pettersen, P. Henrik Winther, K. Solaas //
Nordic Road & Transport Research . – 1995. – № 3. – С.31–32.
Расчетный пролет ферм жесткости каждого моста составляет 94,0 м,
стрела провеса цепей – 1/11 пролета. По фасаду фермы жесткости мостов
имеют параллельные верхние и нижние пояса, соединенные треугольной
решеткой из стоек и раскосов. Роль поперечных связей выполняют поперечные балки, продольные ветровые связи из уголков установлены крестообразно в уровне нижних поясов.
Длина каждого моста по настилу составляет 95,2м. Покрытие мостового
полотна выполнено из двойного дощатого настила, нижний слой толщиной
80мм, верхний слой износа – 40мм. Он уложен по деревянным поперечинам
из бруса, которые опираются либо на поперечные балки, либо на нижние
пояса ферм жесткости и продольные металлические балки балочной клетки. Поперечные балки балочной клетки двутаврового сечения имеют выступающие наружу консоли, за которые они подвешены к несущим цепям мостов через вертикальные подвески.
Цепи, расположенные в два яруса по высоте, подвесками соединены
с проезжей частью моста. Звенья цепи соединены между собой шарнирно
болтами, кроме регулировочных звеньев с овоидальными отверстиями, в которые забиты клинья.
Оттяжки (обратные цепи) заанкерены в специальных каменных массивах ниже уровня земли, куда ведут наклонные галереи, накрытые сверху
каменными «пьедесталами», сложенными из гранитных блоков. Входы
в галереи «пьедесталов» огорожены чугунными литыми декоративными
решетками. На вершинах пилонов цепи опираются на двухъярусные катковые опорные части. Устои и пилоны облицованы массивными гранитными
блоками с наружными поверхностями чистой тески, заполненными бутобетоном. На вершинах пилонов опорные части закрыты литыми чугунными кожухами в архитектурно-художественном исполнении.
В режиме эксплуатации необходимо перед въездом на Южный мост
установить знаки 3.11 с надписью «23т» и 3.12 с надписью «9тс». Возможен
пропуск нагрузки по схеме Н-30 общей массой 23,60т.
Основные несущие элементы конструкций Южного моста не имеют
существенных повреждений, снижающих их грузоподъемность. Следует
предусмотреть устройство колесоотбойного бруса с выделением колеи автопроезда шириной 3,5м. Для Северного – разрешен пропуск только пешеходной нагрузки. Элементы конструкции Северного моста имеют наибольшее
количество повреждений.
Опоры, пилоны, пьедесталы, подходы и конуса мостов ремонтопригодны. Все пилоны имеют пулевые и осколочные повреждения и трещины, полученные в годы войны. Признаков наличия существенных скрытых полостей
УДК 624.521
студентка Я. С. Баранова,
канд. техн. наук, доцент А. В. Сырков (СПбГАСУ)
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ
ВИСЯЧИХ МОСТОВ ЧЕРЕЗ РЕКУ ВЕЛИКАЯ В ГОРОДЕ ОСТРОВ
Цепные мосты через реку Великую расположены в историческом центре города Острова Псковской области, соединяя остров, разделяющий реку
Великую на два рукава, с материком.
Согласно историческим хроникам, мосты строились с 1850 по 1853 год
по проекту инженера путей сообщения Краснопольского. Мосты имеют идентичную конструкцию и технические параметры и расположены
в одном створе на прямой в плане.
Ранее по мостам проходило Киевское шоссе (автодорога общесоюзного значения Ленинград – Киев – Одесса), затем, после постройки железобетонного моста на обходе г. Остров, мосты стали выполнять функции только
внутригородского сообщения.
Мосты были рассчитаны и запроектированы под гужевое движение.
Первоначально они имели балки жесткости в виде деревянных ферм Гау,
выполнявших также и роль перильного ограждения, а в 1926 году, в связи
с появлением более тяжелых автомобильных нагрузок, оба моста были переустроены и усилены с заменой деревянных ферм жесткости на металлические клепаные.
Мосты сильно пострадали в годы Великой Отечественной Войны от
обстрелов в ходе ведения боевых действий. В 1944 году при отступлении
немецких войск Южный мост был разрушен путем подрывания верховой
цепи вблизи пилона первой опоры. Пролетное строение обрушилось в реку.
По окончании войны в 1946 году мост был восстановлен в течение трех месяцев, так как почти все элементы, за исключением нескольких разрушенных звеньев, сохранились.
64
65
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
и неплотностей в кладке устоев не обнаружено. Под защитными чугунными
кожухами обнаруживалось загрязнение мусором и растительностью, поверхностная коррозия опорных частей. Чугунные защитные кожухи пилонов имеют пулевые и осколочные повреждения.
Неудовлетворительным является состояние тангенциальных опорных
частей ферм жесткости на устоях. Гранитная кладка под на устоях практически разрушена, имеются сдвиги блоков, сколы и разрушения гранита, растительность и загрязнения. Опорные части неремонтопригодны и требуют замены по специальному проекту с одновременным ремонтом зон опирания.
Подвески цепей обоих мостов находятся в неудовлетворительном состоянии. Большинство подвесок имеют изгиб стержней, поворот в шарнире или ослабление крепления. Одна из подвесок верховой цепи не прикреплена к поперечине.
Цепи и оттяжки Северного моста находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют в основном мероприятий по ремонту. Южного– находятся в целом в удовлетворительном состоянии, только необходима подтяжка
соединений, выправка опорных частей на вершинах пилонов и замена искривленных пластин цепей.
Фермы жесткости Северного моста находятся в удовлетворительном
состоянии. Южного моста – ремонтопригодны. Повсеместно происходит
общая поверхностная коррозия всех элементов.
На обоих мостах по всей длине верхнего пояса низовой фермы жесткости проходят два кабеля, хаотично уложенные на металлоконструкции без
прокладок или других изолирующих элементов. Кроме неэстетичного вида,
такое состояние кабелей может вызвать появление блуждающих токов в металлоконструкциях и усиление коррозионных процессов.
Следует предусмотреть перенос или перекладку кабелей в соответствии
с нормами, качественную окраску и заделку механических повреждений.
Мостовое полотно в ремонтопригодном состоянии. Основной недостаток – отсутствие герметичности, происходит постоянное просачивание
воды и загрязнений на нижележащие деревянные и металлические несущие
конструкции. Металлические элементы балочной клетки и связи под настилом сильно загрязнены и коррозируют.
Грузоподъемность сооружений является достаточной для пропуска нормативных пешеходных нагрузок.
Общее техническое состояние каждого из двух мостов оценивается
2 баллами, как неудовлетворительное.
Северный и Южный мосты уникальны. Представляют большую историческую и архитектурно-художественную ценность и должны быть взяты
под охрану государства с целевым выделением средств на их ремонт и восстановление.
С 2004 года состояние мостов не улучшилось. Были заменены лишь деревянные конструкции. В качестве одного из вариантов по реконструкции
данных мостов, считаем восстановление исторического облика мостов – замену металлических ферм на деревянные и проведением необходимых мероприятий по ремонту. Поврежденные во время боевых действий металлические фермы можно демонтировать и расположить на берегу в качестве
экспонатов музея под открытым небом, посвященного событиям ВОВ.
Вторым вариантом можно считать- переустройство проезжей части с заменой дощатого настила на ортотропную плиту проезжей части с тонким
полимерным покрытием.
66
Литература
1. Технический отчет по обследованию цепных мостов через реку Великую
в городе Острове Псковской области / – М. МЖКХ; Республиканское ПУ «Росблагоустройство», 1988. – 51с.
2. Панов, Н. А. Летопись г. Острова и его уезда Псковской губернии (репринтное издание) / Н. А. Панов; – Псков: Псковская областная типография, 2004. –
556 с.
УДК 624.21/.8
аспирант А. О. Бегоулева,
канд. техн. наук, профессор В. А. Быстров (СПбГАСУ)
УЧЕТ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ,
ТЕМПЕРАТУРНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЙ МОСТОВ
Объектом исследования являются мосты со сталежелезобетонными
пролётными строениями и монолитной плитой проезжей части. Особенностью строительства таких конструкций является постоянное изменение их
жёсткости по мере укладки и твердения бетона, свойства которого в раннем
возрасте ещё недостаточно изучены. Учёт изменения жёсткости конструкции, последовательности бетонирования, а также прочностных и деформативных характеристик молодого бетона в процессе сооружения железобетонной плиты является необходимым условием моделирования поведения
конструкции во время строительства и объективной оценки напряжённо67
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
деформированного состояния сталежелезобетонного пролётного строения
после возведения.
Отсутствие методики, позволяющей принимать обоснованные решения
по данному вопросу, как при проектировании, так и в процессе строительства, приводит к тому, что новые конструкции подобного типа часто имеют
дефекты, такие как: искажение продольного профиля, незапланированные
прогибы, поперечные и продольные трещины, что ухудшает потребительские свойства мостовых сооружений и снижает их долговечность.
Регулирование процесса бетонирования необходимо в равной степени,
как при строительстве, так и при капитальном ремонте или реконструкции
мостов со сталежелезобетонными пролётными строениями. Бетонирование
плиты должно вестись в определённой последовательности, постепенно,
дискретными порциями (захватками), а иногда с использованием промежуточных опор (регулирование усилий).
Это не регламентируется нормами, но, тем не менее, мостостроительные
организации составляют Технологические регламенты, привязанные к конкретному объекту, согласованные с Проектировщиком, Технадзором Заказчика и Заказчиком.
При таком способе сооружения моста, жёсткость пролётного строения изменяется с бетонированием каждой захватки. Для объективной оценки работы пролётного строения в процессе бетонирования, необходимо выполнять
последовательные раздельные расчёты для определения усилий и перемещений на стадиях укладки каждой захватки бетона с последующим суммированием результатов.
Однако, как показывает опыт, небрежное отношение к устройству монолитной плиты и всего пролётного строения в таких конструкциях: нарушение технологических регламентов, важные моменты не учтены при разработке проекта производства работ, либо на стадии проектирования, случайные
перегрузки, влияние температуры на строительный подъём и др. приводит
к серьёзным неприятностям (трещины), снижающим грузоподъёмность конструкции и её эксплуатационную пригодность.
Кратко об учёте температурных факторов при строительстве:
1. Сборка металла на стапеле. При сварке обязательны тепляки при среднесуточной температуре ниже +5°С и устройства укрытий при атмосферных осадках.
2. Создание временной неподвижной опорной части (обычно на фторопласте), сборка пролётного строения осуществляется относительно этой
точки, соответственно все перемещения пролёта по прямым от неподвижной опорной части.
3. Бетонирование плиты. Обязательны тепляки при среднесуточной температуре ниже +5°С и устройство укрытий при атмосферных осадках. Прогрев сверху, снизу, внутри коробки. После укладки бетон накрывается плёнкой и дорнитом, чтобы не давать испаряться влаге и теплу.
4. Опускание на опорные части, выставляем верхний балансир в соответствии с температурой окружающего воздуха.
5. Устройство деформационных швов - также в соответствии с температурой окружающего воздуха по техническим условиям на данную конструкцию.
Вышеуказанный учёт мы можем найти в нормативной документации.
Но нормы учитывают лишь влияние температуры на внешние параметры конструкции: чтобы пролёт не «соскочил» с опорных частей, допуски
на расширение или сужение пролёта по деформационным швам
А вот насколько эффективно и стабильно плита работает и будет работать совместно с металлом главных балок в процессе эксплуатации при комплексе фактических температурно-влажностных воздействий технические
нормы не учитывают.
На наш взгляд, следует учитывать [1–5]:
Деформативные свойства бетона. На характер нарастания деформаций
под действием нагрузки влияют скорость ее приложения, размеры конструктива, температурно-влажностное состояние бетона и окружающей среды,
длительность действия нагрузки и другие факторы. В действительности модуль деформации может заметно отличаться от средних значений, так как
помимо других факторов зависит еще и от технологических факторов;
Упруго-пластичные свойства. Основной причиной, вызывающей разрушение бетона, является давление на стенки пор и устья микротрещины,
создаваемое замерзающей водой. При замерзании вода увеличивается в объеме на 9,0 и более процента. Расширению препятствует жесткий каркас бетона, в котором возникают высокие напряжения. Многократно повторяемые
замораживания и оттаивания разрушают структуру бетона, постепенно разупрочняют ее, и материал начинает разрушаться.
Температурные деформации (в какой климатической зоне будет работать пролётное строение). Рядом работ установлено, что при отрицательных
температурах коэффициент линейного расширения влажного бетона может
изменяться в значительных пределах как по величине, так и по знаку в зависимости от степени влажности бетона, степени понижения температуры
и характеристики самого бетона. Наиболее значительные деформации расширения влажного бетона наблюдаются при температурах от –30 до –50.
Следовательно, в этих условиях могут развиваться наибольшие собственные
68
69
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
напряжения и деформации в железобетоне. Температурные деформации бетона должны быть близки к температурным деформациям стали, что является непременным условием их совместной работы в железобетоне.
Стадии напряженно-деформированного состояния железобетона (последовательность работ)
Степень включения плиты в работу балки
Все эти вопросы, казалось бы, изучены, но в отдельности друг от друга.
Проблема одновременного учёта конструктивно-технологических, температурных факторов при строительстве требует освещения и включения
в нормативную документацию (СНиП, ВСН, ГОСТ).
Ещё более острой является проблема для конструкций СТЖБ ПС, которые находятся в стадии эксплуатации.
Вавилон, переняли от него, а также от Ассирии и Египта строительную технику кладки из кирпича. Применение подъемистой стрельчатой арки из кирпичных клиньев было крупным техническим достижением персов. Оно позволило сильно увеличить пролеты перекрытий и возводить их с минимальной затратой дерева на кружала.
Древняя Греция являлась наследницей микенской культуры. Некоторые
из арочных мостов тех лет сохранились и служат до сих пор. Например мост
через реку, примерно III-II век до н.э. Сохранился также мост в Спарте, его
ровесник. Среди памятников эллинистического периода есть, к примеру, каменные мосты с треугольной аркой. Один из примеров – Каменный мост
в Элевтерне, Крит, III-I вв до н. э. Такого рода арки встречались в Микенах.
Непосредственно мосты с правильной круглой аркой появились примерно к концу IV-III вв. до н.э.
Еще большего расцвета достигло мостостроение после образования
Римской империи. Широкое применение на мостах полуциркульных сводов
было новой формой, введенной римской техникой.
Самый старый и при том частично сохранившийся древнеримский мост –
Ponte Emilio в Риме, построенный в 142 г. до нэ. На данный момент сохранилась лишь одна его арка.
Крупнейший римский мост был построен через нижнее течение Дуная –
Мост Траяна. На время строительства Дунай был пущен по обходному руслу. Блестящие ровесники этого проекта – мост в Мериде (его длина 790 м,
считается самым длинным из сохранившихся римских мостов), построенный
в конце 1 века, мост в Алькантаре, также носящий имя императора Траяна как
и мост через Дунай, и чуть позже появившийся мост Святого Ангела в Риме.
Византия, перенявшая традиции Рима, с самого начала могла гордитьсясвоими каменными мостами, которые строились тогда, когда вся остальная Европа делала свои мостики из дерева. Византийский мост на одном
из притоков Евфрата послужил образцом для многочисленных мостов в различных странах Европы и многих мусульманских странах того времени.
Здесь вперые был реализован принцип острой арки.
Византийцы, которым были нужны мосты в гористой местности, начали строить также легкие арочные мосты, обнажающие принцип арки, экономившие труд и материал за счет виртуозного владения делом. В этих фантастических проектах отказались от горизонтали дороги, но выиграли в приспособленности мостов к рельефу. Яркий пример такого сооружения – мост
на реке Компсатос.
Так же в Византии строились и традиционно арочные мосты. Например
виадук Юстиниана, находящийся на территории современной Турции.
Литература
1. Дороги и мосты. Сборник. – М.: ФДА (РОСАВТОДОР) ФГУП РОСДОРНИИ –
2006.
2. Баженов Ю. М. Технология бетона. Учебное пособие - М.: Изд-во АСВ – 2002.
3. Технологический регламент организации и производства работ при устройстве монолитной железобетонной плиты проезжей части пролётных строений.–
СПб.: ОАО «Мостоотряд №19». – 2009.
4. Мурашов В. И. Трещиноустойчивость, жёсткость и прочность железобетона,
М., 1950.
5. Развитие бетона и железобетона в СССР. Под ред. К. В. Михайлова, М., 1969.
УДК 625.745.12:669
студентка К. Е. Константинова,
канд. тех. наук, доцент А. В. Сырков (СПбГАСУ)
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АРОЧНЫХ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Начать историю арочных мостов можно, пожалуй, с Микен.
Микенские мосты – это, собственно, документированное начало истории каменных мостов вообще. Старейшие микенские мосты представляли
собой почти сплошную каменную кладку. Но из-за необходимости пропуска
воды в ней делали отверстие, похожее на арку. Предшественник множества
будущих мостов Древней Греции: мост Аркадико. Многие считают его первым арочным мостом.
Археологи считают, что арки появились в Египте и Месопотамии уже
в 3 тысячелетии до н. э. Персы, захватившие в середине VI века до н. э.
70
71
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Византийские мосты являются как бы звеном между мостами Рима
и Западной Средневековой Европы.
Некоторые ранние мосты копируют римские – к примеру, мост Св. Бенезета через Рону в Авиньоне.
Старый лондонский мост, также имел в качестве образца древнеримские
мосты. Он был построен в конце 12 века, но простоял лишь до 19 века. Мост
требовал частого ремонта, в том числе и потому, что был застроен домами
и лавками.
Среди памятников средневековья сохранилась большая группа так называемых «Чертовых мостов» или «Мостов Дьявола» с очень подъемистой
проезжей частью. Всего таких мостов в Европе насчитывалось около 20.
Как наиболее яркий пример можно привести Мост Дьявола в Марторель под
Барселоной в Испании, Мост Дьявола в Южной Франции, Мост Валентре
в Кагоре.
Как и во многих других областях, Ренессанс внес в строительство мостов
кардинальные изменения. Появились новые принципы строительства, новые проекты. Некоторые из них долгое время оставались на бумаге. Их осуществление стало возможно лишь с появлением новых материалов и технологий строительства. К таким мостам относились, например, арочные мосты
Леонародо да Винчи.
Важной проблемой мостов была длина пролетов – их увеличение позволяло сэкономить на опорах и материале для них, теоретические усилия
были направлены на использование пологих арок, прежде всего овальных.
Первым мостом с эллиптическими арками считается все же Мост Святой
Троицы во Флоренции.
Еще один знаменитый ренессансный мост – Мост Риалто через Большой
Канал в Венеции. Долгое время единственный мост через этот канал.
Во Франции в это время так же было построено достаточно много арочных мостов. Делались очень поверхностные попытки научного разрешения
технических вопросов, например поиски рациональной формы сводов; последние приобретают коробовое очертание, снижающее отметку проезжей
части мостов. Наиболее ярким примером можно назвать Новый мост, старейший из сохранившихся мостов через Сену.
Особое место стоит уделить Китаю. Многие его сооружения, а в особенности мосты, представляли особый интерес для Европы. Характерный для
Китая волнистый силуэт мостов трудно оправдать только необходимостью
создать условия для прохождения под ними высоких судов. Эта особенность
соблюдается соблюдается полностью и в каменных арочных сооружениях
очень древнего происхождения.
Однако там встречаются арочные мосты полуциркульного очертания,
весьма оригинальной конструкции. Пролеты их достигают 30 м, они очень
узки и имеют своды толщиной от 1/30 до 1/60 пролета, т. е. вдвое тоньше
европейских. Юйдайцяо (букв. «Мост нефритового пояса») – построенный
в XVIII веке, расположенный в Пекине на территории бывшего Летнего императорского дворца. Знаменит своей довольно высокой и тонкой аркой.
В переходный период и время революций в Англии и Франции стремились достичь пологости арочных сводов. Верх виртуозности проявил инженер Лекре. Он составил проект трехпролетного моста, своды которого имели пологость 1:18. Однако большинство арочных мостов того времени было
все же подчинено влиянию архитектуры Западной Европы эпохи Средних
веков и Возрождения.
Стоит упомянуть французского инженера Перроне. Считается, что по
его проекту был построен первый каменный вариант одно из самых известных мостов в Петербурге - Аничкова моста. Первоначально арочными были
лишь крайние пролеты моста, центральный же был деревянным подъемным. Позже этот мост был перестроен в том виде, в котором мы знаем его
сейчас – с тремя арочными сводами из кирпича, облицованными гранитными плитами.
Новый виток развития арочного мостостроения начался в 50-е годы
19 века. Наряду с железными балочными конструкциями началось сооружение железных арочных мостов, имевших сплошное, а затем и сквозное
пролетное строение. С 60-х годов появляются двух- и трехшарнирные арки.
Наибольшим распространением пользуется двухшарнирная арка.
Ось арки сплошного типа обычно очерчивалась по квадратной параболе
или по кругу. Очертания сквозных арок применялись самые разнообразные:
с концентрическими поясами постоянной высоты, серповидные, трапецеидальные, из двух серпов.
Одним из первых был Аркольский мост. Его сквозная бесшарнирная
арка еще близка к чугунным образцам. На ней были проверены только что
появившиеся тогда теории расчета арок.
Мост Мирабо. Его трехшарнирной консольной арке придана технически
выгодная стрельчатая форма.
Отдельно стоит упомянуть мост Александра III – одноарочный мост через
Сену в Париже. Длина моста составляет 160 метров. У моста Александра III
есть «брат-близнец» в Петербурге — спроектированный французами Троицкий мост через Неву. Он строился в одно время с мостом через Сену.
Арочные системы широко применялись в Париже и для железнодорожных мостов. Примером служит Аустерлицкий виадук парижского метро.
72
73
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция мостов и тоннелей
Конструкция виадука в виде трехшарнирной арки с выносными пятами
и проездом по середине относится, в сущности, уже к области комбинированных систем.
В области строительства железнодорожных виадуков того времени
оставило значительный след сооружение большой и технически продуманной двухшарнирной серповидной арки виадука Гараби, построенной
инж. Эйфелем.
Эпоху в каменном мостостроении составили новые приемы возведения
каменных сводов по методу проф. Сужернэ. Обеспечивая своды без образования трещин, эти приемы позволили довести пролеты мостов почти до 100 м.
Чтобы не допустить образования трещин, было предложено во время постройки превращать своды в шарнирную цепь, состоящую из ряда секций,
которые могут без вреда для своей целости следовать за движением кружал.
Швы, оставлявшиеся между секциями пустыми, заделывались по окончании сооружения свода полусухим раствором путем сильного трамбования. Для облегчения кружал свод складывался не на всю толщину сразу,
а постепенно.
Этот способ принят в настоящее время для всех массивных сводов.
Примером сооружения, построенного таким образом, может служить каменный виадук (мост Адольфа) в Люксембурге очень большого (84,65 м)
пролета.
Стали применяться так же новые способы раскружаливания, на гидравлических домкратах.
Работа над шарнирными металлическими конструкциями отразилась
и на формах массивных мостов. Появились трехшарнирные каменные и бетонные мосты. Они обладали очень большой пологостью, недоступной для
бесшарнирных сводов.
В поисках конструктивных форм для арочных железобетонных мостов строители брали за образец не только каменные, но и металлические
конструкции.
По мере роста отверстий железобетонных мостов становится очевидным, что свойства железобетона с наибольшей полнотой могут быть выявлены как раз в конструкциях больших пролетов. В качестве примера можно
привести мост через реку Крка в Хорватии. Это автодорожный мост с 4 полосами движения. Основной пролет данного моста 204 м.
Одним из самых больших стальных арочных мостов стала достопримечательность Сиднея – Харбор бридж. По этому мосту осуществляется автомобильное, железнодорожное и пешеходное сообщение. Он имеет пролет 503 метра.
На данный момент арочные конструкции не потеряли своей актуальности. Они особенно часто используются в гористой местости и позволяют перекрывать достаточно большие пролеты. К тому же арочные конструкции
красивы сами по себе и очень хорошо вписываются в окружающий ландшафт.
74
75
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК, УПРАВЛЕНИЯ
И БЕЗОПАСНОСТИ НА АВТОМОБИЛЬНОМ
ТРАНСПОРТЕ
УДК 656.073.72
аспирант О. А. Балашова (СПбГАСУ)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ВАРИАНТА ДОСТАВКИ
ГРУЗОВ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
На современном этапе развития мировой экономики автомобильный
транспорт для большинства развитых стран является основным видом внутреннего транспорта и ключевым элементом транспортной системы, который играет главную роль в обеспечении экономического роста и социального развития.
При перевозках грузов особое внимание уделяется внедрению высокоэффективных транспортно-логистических технологий: по терминальной
системе, мультимодальным и интермодальным перевозкам с применением крупнотоннажных универсальных и специализированных контейнеров,
контрейлеров, транспортных пакетов. Темпы роста перевозок грузов по указанным технологиям значительно превышают увеличение объемов перевозок грузов без применения этих технологий.
На этапе становления рыночных отношений в России сложились объективные предпосылки для ускоренного развития автомобильного транспорта.
Возросло его влияние на развитие социально-экономической сферы страны.
Так, при перевозках грузов установилась тенденция, подтверждающая практику развитых зарубежных стран: средние темпы роста объемов автомобильных
грузовых перевозок соответствуют средним темпам экономического роста, превышая при этом темпы роста объемов перевозок на других видах транспорта.
Ускоренное развитие автомобильного транспорта в России обусловлено
следующими основными факторами:
около 80% производственных и транспортно-распределительных структур, а также большинство населенных пунктов страны не имеют других
подъездных путей, кроме автомобильных, что предопределяет в этих условиях безальтернативное использование автомобильного транспорта;
76
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
известные объективные преимущества автомобильного транспорта позволяют рассматривать его как наиболее рыночно ориентированный вид
транспорта.
За последние годы автомобильный транспорт выполняет свыше 55%
объемов внутренних грузовых перевозок страны, с тенденцией увеличения
этой доли, являясь, таким образом, «главным перевозчиком» для растущих
секторов экономики России.
В процессе международной интеграции значительно возросла роль автомобильного транспорта во внешней торговле. В общей стоимости перевозимых всеми видами транспорта внешнеторговых грузов доля автомобильного транспорта, осуществляющего перевозки наиболее ценной продукции,
находится примерно на уровне железнодорожного и морского транспорта.
Каждый день в России автомобильным транспортом перевозится свыше
17 млн. тонн грузов. В настоящее время более 70% объемов перевозок грузов выполняется автомобильным транспортом, при этом наблюдается тенденция к увеличению этой доли.
Важнейшим фактором, способствующим развитию международных автомобильных перевозок, является геополитическое положение России между
двумя мировыми экономическими центрами – Европой и Азией. Россия объективно является естественным мостом, обеспечивающим транзитные связи
на этом направлении. Но пока мощный транзитный потенциал России используется слабо. Поэтому одним из перспективных направлений развития российской экономики становится совершенствование транспортной системы страны
и реализация ее мощного транзитного потенциала для обеспечения евроазиатских связей. Это станет существенным вкладом в увеличение ВВП России.
Все эти факторы свидетельствуют о чрезвычайной важности повышения
эффективности работы автомобильного транспорта.
Таким образом, разрабатываемая в рамках диссертационной работы методика является актуальной, она поможет решить ряд проблем, существующих в области грузоперевозок.
Целью настоящей разработки является повышение эффективности работы АТО, осуществляющих грузоперевозки, внедрением в их работу методики выбора оптимального варианта доставки грузов на основе логистических принципов.
Для достижения поставленной цели будут решены следующие задачи:
систематизации принципов организации процесса перевозки;
проведение исследования влияния внешних факторов на показатели
эффективности процесса доставки грузов;
разработка методики выбора варианта доставки.
77
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
Прикладная ценность разрабатываемой мной методики заключается в ее
использовании в практической деятельности перевозчиков и транспортноэкспедиторских организаций.
В процессе разработки методики решается ряд задач, связанных со следующими выявленными «проблемами»:
1. Обоснование критериев оптимальности при выборе ТТС доставки грузов.
Причем в ходе решения данного вопроса необходимо учитывать как критерии
с точки зрения потребителя транспортных услуг, так и критерии перевозчика.
2. Проведение расчетов по определению оптимального варианта доставки согласно выведенным функциональным зависимостям с учетом метода
многокритериальной оценки.
3. Формирование требований, предъявляемых к исходным данным. На данном этапе разрабатывается пакет исходных данных, получаемых от потребителя транспортных услуг, и данные, которые потребуются АТО для расчета
оптимального варианта доставки.
Таким образом, экономический эффект от внедрения полученной на выходе
методики будет получать не только АТО, но и потребитель транспортных услуг.
Разрабатываемая мной методика будет универсальной. Методика позволит оперативно сделать выбор оптимального варианта доставки с учетом возможных
критериев и факторов, оказывающих влияние на процесс перевозки.
проблемы. Мы заинтересованы именно транспортными. Создание АСУДД
не принесло должного эффекта, поэтому следующим этапом является интеллектуализация системы, т.е. расширение ее функциональных возможностей. В рамках этого, по одобрению города, предполагается создание экспертной системы организации и управления дорожным движением в крупном городе. Эта работа очень объемная, так что на данном этапе основная
задача – создать оболочку системы, где минимально привлекаются живые
люди, т.е. использовать все, что уже наработано в больших городах и обобщить, попутно выявляя слабые места и упущенные моменты.
Если рассматривать ЭС, как АСУДД с большими границами, то на выходе, кроме стандартных информационной среды и базы данных, получим
еще и базу знаний, которая и способствует исключению людей из рабочего
процесса, т.к. в ней прописывается весь алгоритм решения, чтобы она могла
функционировать так, как бы это делал человек. Как раз создание базы знаний и будет одной из основных задач.
Конфигурация улично-дорожной сети Калининграда представляет собой
радиальную схему, одну из самых неудачных для рациональной организации движения. Она включает несколько магистральных направлений, проходящих через центр к окраинам. Такая схема характерна для старых маленьких городов [1].
Именно эта особенность в построении и является источником транспортных проблем. Радиальная схема путей сообщения делает необходимым движение через центр города при перемещении из одного периферийного района в другой, что приводит к перегрузке центрального
транспортного узла. Радиальная схема подразумевает расхождение магистральных направлений к внешним границам города, из-за чего плотность дорожной сети в центре достаточно высокая, а к окраинам постепенно снижается, что сильно затрудняет объезд и зачастую исключает
возможность выбора альтернативного направления.
По уровню автомобилизации Калининградская область всегда занимала
лидирующие позиции в стране, но из-за невозможности расширения территории, это приводит к перегрузке транспортной сети, а следовательно, снижению скорости движения, увеличению задержек и, как продолжение, экономическим потерям.
В этом случае как раз оптимально применение экспертной системы, например, для управления АСУДД, т.к. она уже установлена, но еще не внедрена.
При создании экспертной системы по оценке эффективности системы организации и управления дорожным движением в городе необходимо
Литература
1. Миротин, Л. Б. Транспортная логистика: учебник для трансп. высш. учеб. заведений / Л. Б. Миротин. – М.: Экзамен, 2002. – 512 с.
2. Курганов, В. М. Международные грузовые перевозки: учеб. пособие для студ.
высш. учеб. заведений / В. М. Курганов. – М.: Экзамен, 2001. – 175 с.
3. Хмельницкий, А. Д. Экономика и управление на грузовом автомобильном
транспорте: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. Д. Хмельницкий. –
М.: Издательский центр Академия, 2006. – 256 с.
УДК 65.011.56
аспирант А .О. Беликова (СПбГАСУ)
ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ
ДВИЖЕНИЕМ КРУПНОГО ГОРОДА
По российским меркам Калининград достаточно небольшой город, но
сейчас он очень интенсивно развивается, тем самым усугубляя различные
78
79
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
сначала извлечь массив задач, решаемых специалистами (экспертами)
в этой области. Так при разработке транспортной системы города должно
быть обеспечено:
1) согласованное взаимодействие всех видов транспорта: рациональное
светофорное регулирование (по фазам и циклам), стремление к разделению
потоков по видам транспорта и т.д.;
2) максимальное удовлетворение транспортных потребностей: предупреждение ДТП и заторов, рациональная организация ДД в узких местах, применение различных направлений АСУДД, например, «зеленая волна», реорганизация движения при увеличении плотности транспортных потоков и т. д.;
3) минимизация затрат на передвижение.
Под затратами здесь понимаются не только денежные расходы, но и потери времени от нерациональной организации.
А основной задачей в процессе развития и функционирования транспортной системы города является достижение соответствия между отдельными ее подсистемами [с. 10, 2]. Так в данном случае рассматривается подсистема управления, которая связывает эффективность функционирования
транспорта с соблюдением требований безопасности дорожного движения
и экологии.
Дорожно-транспортная система каждого города имеет определенный
спектр рисков, под которыми понимаются ее текущие недостатки. Для всех
задач необходимо вычленить риски и определить полный спектр возможных
«сбоев». Здесь и возникает необходимость создания ЭС. Именно она способно учитывать все «сбои» и корректировать работу транспортной системы при возникновении любого из них. Если для дорожно-транспортной системы города матрицу основных рисков представить в виде «риск — мера
парирования», то получим:
1) увеличение плотности транспортного потока и снижение скорости
движения – комплексное снижение рекомендуемой скорости движения
на всем протяжении дороги;
2) образование заторов – рассредотачивание потоков в пространстве;
3) часы пик – рассредотачивание потоков во времени;
4) активное повышение уровня автомобилизации, опережающее развитие транспортной сети – разделение транспортных потоков по видам и полосам движения;
5) отсутствие резерва пропускной способности улично-дорожной сети
города – выделение зон ограниченного въезда;
6) рост аварийности на определенных участках – уменьшение числа конфликтных точек путем координации движения: запрет поворотов, реверсивное одностороннее движение для встречных потоков;
7) вынужденное сужение дороги из-за занятой парковкой или поломкой правой полосы – перенаправление потоков по альтернативным путям,
ограничение въезда в определенные зоны в зависимости от характеристик
транспортного средства.
Структуру ЭС в данном случае можно представить как систему, преобразующую цели в результат. Касательно дорожно-транспортной системы
на входе имеются следующие цели: откорректировать организацию движения в городе для максимизации эффективности. В данном случае под массивом задач подразумевается ликвидация всех типов рисков.
Для создания экспертной системы по оценке эффективности системы
организации и управления дорожным движением города необходимо сначала «обучить» ее, т. е. занести в базу знаний все характеристики транспортных потоков, методы оценки эффективности функционирования, а также способы решения возникших проблем.
Аналитический аппарат решения представляет собой анализ входящих
числовых данных, на основании чего производится расчет текущих параметров транспортного потока и устанавливается их соответствие эффективным. Затем, в зависимости от полученных показателей, выполняется поиск
причины затруднения и выбор метода его устранения.
В качестве критериев эффективности исследуемой структуры можно
использовать весь набор показателей, используемых для анализа качества
функционирования системы ДД. Как экономические, так и технические, которые включают:
1) соотношения между удельным временем движения и временем остановки для различной транспортной нагрузки;
2) энергетические критерии: шум ускорения, градиент скорости, градиент энергии (эти критерии оценивают основные свойства дорожного движения – стабильность режима движения и задержки движения);
3) коэффициент загруженности – соответствие интенсивности транспортных потоков уровню пропускной способности;
4) плотность потоков движения [3].
Именно на основании этих критериев можно оценивать работу не только транспортной, но и самой экспертной системы. При правильном использовании, она способна максимизировать все экономические эффекты и,
практически без участия экспертов и специалистов, координировать работу
улично-дорожной сети города при помощи различных технических средств
организации дорожного движения, таких как, например, электронные знаки
и устройства светофорного регулирования.
80
81
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
Литература
1. Фишельсон, М. С. Городские пути сообщения [Текст]: Учеб. пособие для вузов
/ М. С. Фишельсон – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1980. – 296 с., ил.
2. Сафронов, Э. А. Транспортные системы городов и регионов [Текст]: Учебное
пособие / Э. А. Сафронов — Изд-во АСВ. – М., 2005. – с. 272 с илл.
3. Пугачев, И. Н. Организация и безопасность движения [Текст]: Учеб. пособие /
И. Н. Пугачёв. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2004. –232 с.
В отечественной литературе проблеме обоснования необходимости обеспечения приоритетного движения НПТ уделено незначительное внимание.
Научно-исследовательские работы в этой области, проведенные в нашей
стране ВНИЦБД, МАДИ, НИИАТ, НИиПИ Генплана г. Москвы, позволили
сформулировать следующие основные условия, при которых рекомендовано выделение обособленных полос:
проезжая часть улицы в одном направлении имеет не менее трех полос для движения;
существующая интенсивность транспортного потока данного направления (приведенная к одной полосе) составляет в пиковые периоды не менее 400 ед./ч;
прогнозируемая после введения приоритетной полосы интенсивность
на любой общей полосе движения в пиковые периоды не превысит 900 ед./ч;
интенсивность движения автобусов (троллейбусов) большого класса
не менее 50 ед./ч, причем сочлененные ТС принимают за 2 ед. [1].
Более детальные сведения, необходимые для обоснования решений по
обеспечению приоритета НПТ, содержатся в Указаниях по организации
приоритетного движения ТС общего пользования, утвержденных в 1983 г.
В соответствии с данными указаниями выделение обособленных полос для
движения ОТ должно рассматриваться при условии, что:
интенсивность ТОП не менее 40 физ. ед./ч;
интенсивность прочих ТС в расчете на одну полосу движения не менее 400 привед. ед./ч;
имеется не менее трех полос движения в данном направлении;
пропускная способность дороги в результате выделения полосы для
движения ОТ будет достаточна для пропуска прочих ТС в условиях, не снижающих безопасность движения и обеспечивающих допустимую по экономическим соображениям величину их задержек [2].
Данные условия в настоящее время утратили актуальность, поскольку интенсивности движения возросли в разы, а условие сохранения пропускной
способности дороги для остального транспорта является заблуждением, так
как в этом случае, как правило, выделенная полоса не нужна и существует резерв пропускной способности дороги. Следовательно, необходима методика
учитывающая другие факторы.
Критерием оценки необходимости организации выделенной полосы для
движения ОТ может быть уровень загрузки участков УДС или пассажиронапряженность рассматриваемого участка. Однако целесообразным представляется применение интегрального показателя, обобщающего перечисленные критерии. Таким критерием является значение суммарных потерь
УДК 656.076.2:656.078:656.11
магистрант А. М. Филимонова (СПбГАСУ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ НЕОБХОДИМОСТИ
ОРГАНИЗАЦИИ ВЫДЕЛЕННОЙ ПОЛОСЫ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ
ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА
По мере развития автомобилизации, всё чаще особенно в крупных городах растет дисбаланс между количеством передвижений на автомобильном
транспорте и уровнем развития улично-дорожной сети (УДС). В свою очередь это неизбежно приводит к исчерпанию пропускной способности магистралей, образованию локальных, а в дальнейшем сетевых заторов, и как
следствие, к регулярным и повсеместным нарушениям нормального режима движения транспортных потоков, а также ухудшению экологического состояния городской среды и возрастанию шумовой нагрузки.
Системные сбои в дорожном движении приводят к резкому увеличению
затрат времени на перевозки (cредние скорости сообщения автотранспорта
в крупных городах в часы пик составляют 8-10 км/ч), повышению расхода
топлива, росту числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП). В таких
условиях особенно актуальным становится решение проблемы обеспечения
надежной, качественной и эффективной работы наземного пассажирского
транспорта (НПТ), поскольку более габаритный, обладающий меньшей маневренностью по сравнению с легковыми автомобилями НПТ чаще других
видов транспортных средств (ТС) вынужден простаивать в пробках. При этом
в большинстве городов РФ ввиду недостаточного развития метрополитена
или его отсутствия наибольшая доля пассажиров перевезенных общественным транспортом (ОТ) во внутригородском сообщении приходится на НПТ.
В данной ситуации необходимо приоритетное развитие ОТ с предоставлением ему преимуществ в движении по сравнению с индивидуальным транспортом, что позволит повысить надежность работы ОТ и решить проблему
рационального соотношения перевозок в городах между личным и ОТ.
82
83
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Начало
Выбор района
Проведение статистического обследования
пассажиропотоков и измерение времени
движения ТС НПТ на перегонах между
смежными остановочными пунктами
(Q1, t1) … (Qn, tn)
Вычисление Ii
Определение целевого показателя
Формирование перечня участков
Вывод результатов
Конец
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
k – количество маршрутов на i-ом перегоне;
ta пик – время движения ТС НПТ в будний день в период наибольшей интенсивности движения транспортного потока, ч;
tb св – время движения ТС НПТ в период наименьшей интенсивности движения транспортного потока, ч;
l, m – количество наблюдений.
Таким образом, формирование предлагаемой методики, алгоритм которой представлен на рисунке, будет основываться на следующих этапах:
1) определение общих потерь времени на перегонах в пиковый период
в рассматриваемом районе;
2) установление целевого показателя снижения суммарных потерь времени на уровне Правительства города;
3) формирование перечня участков с наибольшими суммарными потерями, выделение полосы на которых позволяет достичь целевого показателя
при минимальных затратах;
4) выделение полос для движения НПТ рекомендуется осуществлять
непрерывно по трассам действующих маршрутов НПТ.
Литература
1. Клинковштейн, Г. И. Организация дорожного движения [Текст]: учеб. для вузов
/ Г. И. Клинковштейн, М. Б. Афанасьев – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Транспорт,
1997. – 231 с. : ил. – 3000 экз. – ISBN 5-277-01959-6.
2. Указания по организации приоритетного движения транспортных средств
общего пользования [Электронный ресурс] / МВД СССР, Минжилкомхоз РСФСР,
Минавтотранс РСФСР. – М., Транспорт, 1984. – 32 с. – Режим доступа : www URL :
http://www.kodeks.ru/. – 17.10.2009 г.
Алгоритм оценки необходимости организации
выделенной полосы для движения НПТ
времени на i-ом перегоне (Ii) между смежными остановочными пунктами,
которое вычисляется по формуле
m

 l t
  a пик  tb св 
a 1
b 1
I i   (Q j rj ) 

,
l
m 
j 1




k
где Ii – суммарные потери времени на i-ом перегоне, чел.-ч;
Qj – среднее количество перевезенных пассажиров в пиковый период
в одном направлении на j-ом маршруте по i-му перегону за один рейс, чел.;
rj – количество рейсов j-го маршрута в пиковый период;
84
УДК 656.135:656.01:658.514
студентка Т. Ю. Логинова (СПбГАСУ)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК КРУПНОГАБАРИТНЫХ
И ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ГРУЗОВ
Проблемы транспортирования крупного и тяжелого оборудования обострились в последнее время в связи с увеличением их потока, распределением его по всей территории страны при разнообразных номенклатуре
и размерах КТГ, требующих индивидуального подхода к конкретной перевозке. Анализ возможностей совершенствования организации перевозок
85
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
крупногабаритных и тяжеловесных грузов показал, что для решения выявленных проблем целесообразно разработать методику планирования перевозок КТГ, как инструмента позволяющего в короткие сроки разработать
специальный проект перевозки негабаритного груза, повысить надежность
и качество осуществления перевозочного процесса, сократить величину затрат, связанных с доставкой грузов, для АТО и обслуживаемых предприятий
и организаций, осуществлять гарантированное и своевременное транспортное обеспечение грузоотправителей и грузополучателей, и в итоге обеспечить эффективную деятельность участников транспортно-технологического
процесса.
Общие подходы к формированию методики можно разделить на следующие этапы:
1 этап. Подготовка исходных данных.
Исходные данные, необходимые для разработки проекта организации
перевозки КТГ, целесообразно разделить на две группы. Первая группа –
это данные предоставляемые заказчиком (грузовладельцем). Вторая группа – данные, которые должны быть сформированы в АТО, организующей
перевозки КТГ.
2 этап. Выбор подвижного состава.
Необходимым условием для движения автопоезда является: Рт ≥ Рсопр.
В методике совершенствования организации перевозок КТГ предлагается использовать введенный коэффициент запаса сил тяги тягача (kзап =
= 1,3…1,35), который ограничивает характеристики выбираемого тягача,
но в то же время остается запас преобладания силы тяги над силой сопротивления равный 30-35%. Этот коэффициент введен для того, чтобы с экономической точки зрения выбрать наиболее оптимальный и выгодный тягач и в тоже время обеспечить необходимые условия движения автопоезда.
Данный этап позволяет получить все необходимые весовые параметры,
которые остаётся только сопоставить с требованиями инструкции и произвести расчёты компенсации по тарифам регионов, чья дорожная сеть будет
задействована в процессе перевозки.
3 этап. Выбор системы перегрузочных работ.
На перегрузочные работы создается отдельный проект с техникоэкономическими расчетами в зависимости от критерия, устраивающего заказчика по стоимости или времени, необходимому для переустройств.
4 этап. Составление маршрута.
В любой транспортной системе главной является задача маршрутизации.
Обычный принцип формирования маршрутов транспортировки практически всей номенклатуры грузов, кроме рассматриваемой, состоит в поиске
кратчайшего пути следования. Правда, в условиях рынка все чаще используют поиск кратчайшего времени транспортировки. При составлении маршрутов перевозки крупногабаритных тяжеловесных грузов главным является обеспечение безопасности для дороги и ее искусственных сооружений.
Этот элемент является специфическим, поэтому допуск к перевозке данного вида груза осуществляют по разрешительной системе, т.е. оговаривают
специальными документами. Этими документами регламентируют основные показатели, значения которых важны для поддержания в нормальном
состоянии дорожно-транспортной сети и инженерных сооружений на ней,
а также особые условия провоза груза, состав организаций, участвующих
в согласовании маршрута и надзоре над транспортным процессом.
5 этап. Согласование маршрута с заинтересованными организациями.
При разработке проекта и осуществлении перевозки необходимо учитывать время и для подготовки трассы и перегрузочных работ, получения
разрешения на основе согласования с организациями, чьи объекты находятся на маршруте, а также с Государственной инспекцией по безопасности дорожного движения. Поэтому заявку на перевозку необходимо подать
заранее.
6 этап. Реализация процесса доставки груза.
7 этап. Контроль за выполнением доставки.
Для реализации контроля за выполнением доставки в разработанной методике предлагается использование систем AVL, которые являются многофункциональными интеллектуальными системами ГЛОНАСС/GPS мониторинга для удаленного контроля работы автотранспорта. Данная группа
систем, используя современные технологии спутниковой навигации и мобильной связи, позволяет в режиме реального времени определять точное
местоположение транспорта, осуществлять мониторинг различных показателей, связанных с его работой, – пробег, скорость, расход топлива, отклонение от заданного маршрута. Эти показатели крайне важны для контроля
за осуществлением безопасной перевозки КТГ.
8 этап. Анализ полученных результатов.
Таким образом, методика совершенствования организации перевозок
крупногабаритных тяжеловесных грузов может быть сформирована в виде
схемы, представленной на рисунке.
Экономический эффект внедрения разработанной методики в практику работы АТО достигается за счет рационального выбора подвижного
состава, оптимизации маршрута, и применения телематики. Правильный выбор подвижного состава и оптимизация маршрута перевозки позволяет сократить расход топлива, а значит, уменьшилась себестоимость перевозки,
86
87
НЕТ
Отказ потребителю
НЕТ
Анализ ситуации с точки
зрения возможности членения
груза
ДА
НЕТ
Анализ ситуации с точки
зрения возможности
трансформации сети
ДА
Схема проектирования системы транспортировки крупногабаритного и тяжеловесного грузов
Контроль за реализацией
процесса транспортировки
Выдача разрешения и
пропуска
Анализ и согласование
маршрута с
заинтересованными
организациями
НЕТ
Анализ ситуации с точки
зрения возможности подбора
другого транспортного
средства
ДА
88
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
а/м ГИБДД
Собственный
а/м прикрытия
Системы спутникового
слежения
Без
сопровождения
Электронные пропуск и
разрешение
Подача электронной
заявки
Использование ЭВТ для
составления маршрутов
Анализ ситуации с точки
зрения возможности провоза
на сетях с ограничениями
ночного времени
ДА
Составление маршрута
ДА
Анализ ситуации с точки зрения возможности провоза
на сетях с ограничениями дневного времени
НЕТ
ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ РАБОТ
ВЫБОР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Транспортные сети региона перевозки
Подвижной состав
Дислокация ГОП и ГПП
Груз
Груз
Исходные данные,
сформированные в АТО
Исходные данные от заказчика
ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ТЕЛЕМАТИКА
ГИБДД
Расчет режима
движения и
необходимости
сопровождения
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
что позволит АТО увеличить доход. Применение телематики в разработанной методике позволит не только сократить денежные затраты связанные
со страхованием груза, но и в значительной степени снизить затраты времени, связанные с составлением маршрута перевозки, с составлением и подачей заявки, с получением разрешающих документов, а также сделать перевозку КТГ максимально безопасной. Все это позволяет привлечь новых клиентов, которые сегодня ставят в приоритет время выполнения заказа.
Литература
1. Троицкая Н. А., Шилимов М. В. Транспортно-технологические схемы перевозок отдельных видов грузов: учеб. пособие / Н. А. Троицкая, М. В. Шилимов. – М.:
КНОРУС, 2010. – 232 с.
УДК 65.011.4
аспирант Е .В. Макшина (СПбГАСУ)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ
ВОДИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ОПТИМАЛЬНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО
СОСТАВА
В рассматриваемой работе согласно существующей методике определяются интервалы движения автобусов на маршруте, количество автобусов,
обслуживающих его в каждом интервале, рассчитывается сменность работы
подвижного состава, а также требующееся количество водителей.
Основная идея заключается в создании замкнутой системы организации, анализа и управления работой автобусов на линии. Необходимо проводить мониторинг пассажиропотока и с учетом его изменений вносить оперативные корректировки в работу автобусов. В настоящих условиях работа
осуществляется по графикам (применяется дискретное планирование) без
такой обратной связи, в то время как ее введение с помощью автоматизированных систем поможет улучшить качество обслуживания пассажиров и повысить эффективность использования подвижного состава.
Главный показатель, дающий возможность проведения анализа пассажиропотоков по времени суток, – количество транзакций. В настоящее время
основное количество транзакций считывается при помощи ручных валидаторов, доля СЭКОП незначительна. Однако она должна вырасти с планиру89
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
емой установкой специализированного оборудования в автобусах на социальных маршрутах в Санкт-Петербурге.
Основное направление – оперативный прием и обработка информации
о пассажиропотоке (по проведенным транзакциям) и регулирование с учетом изменений пассажиропотока работы автобусов на линии.
Предлагаемый принцип работы согласно новой методике представлен
на рисунке.
Наличие данных по транзакциям по часам суток по нескольким маршрутам позволило провести расчет необходимого количества подвижного состава, определить сменность работы автобусов и необходимую численность
водителей согласно применяемой в настоящее время методике.
После проведения обследования работы автобусов на нескольких социальных городских маршрутах были составлены фактические графики работы автобусов, а также графики, получившиеся по результатам расчетов
с учетом транзакций в соответствии с существующей методикой.
В результате проведенных расчетов и построенных графиков можно
сделать вывод о нерациональной организации работы автобусов на некоторых маршрутах – количество работающих в настоящее время автобусов
на маршруте не соответствует потребности с учетом фактического пассажиропотока по часам суток. Следовательно, время, график работы водителей
требуют пересмотра.
В целях оптимизации перевозок для работы автоматизированной системы предполагается автоматическая передача информации в Базу данных
с автобусов, работающих на линии. Принцип обработки и анализа полученных данных заключается в следующем.
В Базе данных заложена плановая цифра пассажиропотока и количество
работающих на маршруте автобусов по часам суток. По этим данным составлены графики работы водителей, и работает транспорт.
При постоянном оперативном получении фактических данных о транзакциях в Базе данных происходит обработка и анализ пассажиропотока.
1. Сбор данных Q(5-6); Q(6-7)…Q(24-0) в режиме реального времени.
Происходит автоматически. (Необходимо оборудование и программное обеспечение).
2. Расчет требующегося количества автобусов для каждого интервала:
Пассажиропоток
Показатели работы
автобуса
Выпуск автобусов
База данных
Сбор
Обработка
Анализ
пассажиропотока
Автоматизированное
решение
Принцип организации работы при
наличии обратной связи
90
Ам ( ф ) (56)  Q( ф ) (56)  Т об   н  / q и т. д.
3. Анализ данных. Происходит предусмотренное программным обеспечением сравнение количества автобусов, работающих на маршруте в каждом интервале (заложенных по плану) Ам(пл) и необходимого количества по
расчету Ам(ф) (закладывается информация о поступающих транзакциях).
4. Автоматизированное решение. Происходит расчет коэффициента удовлетворения потребности в подвижном составе для каждого временного интервала (Bn):
Bn(56)  Ам ( пл) (56) / Ам ( ф ) (56) и т. д.
91
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
Bn >1 => необходимо снижать выпуск,
Bn <1 => необходимо увеличивать выпуск,
Bn =1 => потребность удовлетворена.
Формируется информация о количестве единиц подвижного состава,
которые необходимы дополнительно, а также о единицах, которые можно
снять. В диспетчерскую службу поступает информация о рекомендующихся изменениях в работе подвижного состава.
5) В целях улучшения качества услуг по перевозке пассажиров предполагаю ввести в программу расчета задачу по минимизации времени рейса
при заданных значениях коэффициента использования номинальной пассажировместимости.
На заключительном этапе необходимо провести оценку экономической
эффективности внедрения методики. Для этого рассчитываются затраты
по следующим статьям при настоящих условиях работы и после нововведений: затраты на заработную плату, страховые взносы, топливо и ГСМ,
затраты на ТО и ТР, восстановление и ремонт шин, оборудование и программное обеспечение.
денный в эксплуатацию участок Западного скоростного диаметра (ЗСД).
В процессе обследования был рассмотрен маршрут движения по ЗСД
Дачный пр. – Благодатная ул. и Благодатная ул. – Дачный пр. Для них были
разработаны альтернативные маршруты, обеспечивающие такие же связи.
Для каждого альтернативного маршрута была определена длина и выявлено
соотношение с длиной маршрутов по ЗСД.
Были произведены замеры времени проезда по маршрутам в утренние
и вечерние часы «пик» буднего дня.
По результатам анализа замеров времени прохождения маршрутов в час
«пик» были выявлены следующие показатели:
среднее время прохождения по маршрутам, использующим ЗСД
составляет 12 мин 30 сек;
среднее время прохождения по альтернативным маршрутам, не
использующим ЗСД составляет 13 мин 30 сек;
сокращение времени перемещения из точки в точку с использованием
ЗСД в среднем в 1,08 раза.
Основной причиной нерациональности прохождения маршрута, использующего ЗСД является возникновение затора на съезде с ЗСД на Дачный пр.
и заезде на ЗСД с Благодатной ул. Прохождение маршрута непосредственно по
ЗСД составляет в среднем 8 минут, что является половиной общего времени
прохождения маршрута, вторую половину времени автомобили проводят
в заторе на съезде.
С целью повышения пропускной способности участков дорог на подходах
к съездам следует предусматривать меры, направленные на увеличение пропускной способности проектируемой магистрали, которые включают в себя
мероприятия по совершенствованию проектных решений, позволяющих повысить пропускную способность дороги; организационные мероприятия, направленные на повышение пропускной способности за счет мер по регулированию дорожного движения.
При проектировании скоростных магистралей, ориентированных на
пропуск транспортных потоков высокой интенсивности, особое внимание
должно уделяться обеспечению пропускной способности проектируемой
дороги, соответствующей заданному уровню обслуживания.
Когда по магистралям, связывающим крупные центры притяжения, в течение всех суток сохраняется движение транспортных потоков, интенсивность которых близка или равна пропускной способности дороги, главной
задачей становится ликвидация заторов движения за счет принятия комплекса мер направленных на повышение пропускной способности дороги
и съездов с нее.
УДК 655.078:656.051
аспирант В. В. Кузьмина (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
НА ОРГАНИЗАЦИЮ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
Развитие крупных городов предусматривает строительство скоростных
автомагистралей, концентрирующих мощные транспортные потоки для скоростной автомобильной связи удаленных жилых районов с общегородским
центром, промышленными районами, рекреационными зонами, с внешними автомобильными дорогами, аэропортами, населенными пунктами и зонами отдыха взаимосвязанной системы расселения при обеспечении контроля движения и полной изоляции основных транспортных потоков от
прилегающей застройки, а также местного движения транспорта.
Вписание подобных магистралей в улично-дорожную сеть крупного города предполагает возникновение транспортных проблем. Одной из которых является образование заторов на примыкании скоростной магистрали
к улично-дорожной сети города.
Для анализа актуальности использования скоростных магистралей
в рамках городской транспортной сети, мною был проанализирован вве92
93
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
Повышение пропускной способности может быть достигнуто за счет
создания эффективной системы светофорного регулирования, как инструмента управления и ограничения транспортного потока, позволяющего синхронизировать движение.
С целью повышения пропускной способности съездов с магистралей,
рекомендуется применять автоматизированные системы управления дорожным движением (далее - АСУДД).
Эта система включает оборудование, техническое, программное, информационное и организационное обеспечения.
В периоды пиковых нагрузок, при производстве дорожных работ, или
при возникновении ДТП и чрезвычайных ситуаций, а также в периоды неблагоприятных погодных условий АСУДД должна обеспечивать пользователя магистралью, как минимум следующей необходимой информацией,
для выбора лучшего маршрута и оптимальной безопасной скорости движения:
информацию о дорожных условиях и возникновении заторов;
сведения о направлении и условиях движения по полосам реверсивного движения (при их наличии);
сведения о погодных условиях;
сведения о ДТП;
информацию о закрытии дороги или введении ограничений движения
на период ремонтных работ или в связи со стихийным бедствием;
сведения о возможных маршрутах объезда;
дни и часы с наиболее интенсивным движением и образованием
заторов.
Рекомендуется, чтобы эта информация для пользователя имела возможность обновляться каждые 15 минут. Предлагаемые возможные маршруты
объезда должны иметь оптимальный перепробег.
Для анализа проектных мероприятий строительства съездов была построена имитационная модель двух вариантов транспортных развязок подключения Западного скоростного диаметра к Приморскому району, пересечение
с Богатырским пр. Этот вариант предусматривает съезды со скоростной магистрали напрямую на Планерную ул., затем последующее распределение
транспортных потоков по определенным направлениям.
При проектировании скоростных магистралей следует проводить оценку
проектных решений по показателям реальной и прогнозируемой пропускной способности на всех характерных участках проектируемой магистрали, включая пропускная способность участков переплетения транспортных
потоков, пропускную способность участков дороги в зонах пересечений
и примыканий, а также пропускную способность элементов транспортных
пересечений (съездов, примыканий и отмыканий).
Особое внимание следует уделять обеспечению пропускной способности съездов, поскольку большая часть заторов на пересечениях в разных
уровнях возникает, когда интенсивность поворачивающих потоков превышает пропускную способность съездов.
На транспортных пересечениях (съездах, примыканиях и отмыканиях) формируются чётко выраженные маятниковые транспортные потоки, интенсивность движения которых меняется, в зависимости от времени суток: утром от жилых зон в сторону делового центра региона, вечером – в обратном направлении. Такая специфика транспортных потоков
требует обеспечить возможность оперативного регулирования пропускной способности, в зависимости от уровня загрузки того или иного направления движения.
Второй пример имеет направленные съезды на Планерную улицу, что исключает прохождение части потока через перекресток.
Для обеспечения оптимальной пропускной способности съездов со скоростных магистралей следует разработать методику по организации дорожного движения при строительстве новых транспортных развязок, включающих съезды со скоростных магистралей.
Эта методика должна содержать:
анализ выбора места подключения скоростной магистрали к УДС города;
расчет экономически обоснованной возможности строительства альтернативных съездов с магистрали;
вариативно проверить распределительных магистралей по средствам
имитационного моделирования, анализ выбора оптимального количества
направленных съездов;
варианты введения светофорного регулирования.
94
Литература
1. Технические указания по проектированию пересечений и примыканий автомобильных дорог/ВСН 103-74 - Минтрансстрой СССР. М., «Транспорт», 1975.
2. Мартяхин Д. С. Повышение пропускной способности при проектировании
съездов городских транспортных развязок/Москва, 2008 – 156 c.
3. Методические рекомендации по проектированию автомобильных дорог на
подходах к крупным городам/ОДМ-ООО «НПФ РУСАВТОДОР», МАДИ/ Москва,
2010 – 133 с.
95
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 656.11.005
инженер А. М. Войтко (СПбГАСУ)
АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПРОФИЛАКТИКОЙ ДТП В ТРАНСПОРТНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
В настоящее время управление процессами профилактической деятельности по обеспечению безопасности дорожного движения (БДД) в автотранспортных предприятиях (АТП) не отличается необходимым совершенством
(речь ведь идет о безопасности граждан в дорожном движении!). Причины
низкой эффективности этого управления известны. Это отсутствие «хорошо
прописанных» технологий управления такой деятельностью. Следствием этого зачастую становится небрежность отдельных участников системы, их формальное (порой – примитивное) отношение к выполнению предусмотренных нормативами функций и обязанностей по профилактике ДТП парковыми
средствами. Исключение сложившейся ситуации возможно путем тщательной проработки должностных обязанностей (функций), составляющих основу последующей алгоритмитизации и определения меры ответственности за
отклонение от этих норм. Такой алгоритм должен отражать строгий порядок действий соответствующего специалиста в системе профилактики ДТП.
Большое количество лиц, участвующих в системе, и значительность объема
массивов должностных инструкций, нередкая их полнота могут служить причинами или мотивами их ненадлежащего исполнения и особенно тех из них,
которые могут привести к опасным ДТП. Автоматизация, как процедура передачи функций человека машинам требует организацию непрерывного мониторинга исполнения инструкций с целью предупреждения сбоев в деятельности лиц участников системы, требует организацию соответствующего сбора
массива опасных отклонений в таких видах деятельности, нормативных документов, требований. Автоматизированные процедуры управления, планирования деятельности и мониторинга в рассматриваемой постановке задачи
является производственным инструментом, обеспечивающим сбор, хранение
данных и представление пошаговой технологии исполнения тех или иных видов деятельности участников системы. При этом, как и любая задача автоматизации, рассматриваемая определяет в первую очередь необходимость воспроизведения процесса в «ручном» варианте технологии, прописывающей
каждый шаг участника системы.
Алгоритм, подлежащий автоматизации, должен содержать информацию
и о действующих нормативах, которые должны соотноситься в режиме онлайн с действиями, совершаемыми участниками системы.
96
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
В сегодняшней практике отсутствие строгих правил деятельности и исполнения, предусмотренных ими функций в системе профилактики ДТП
в АТП, объясняет и отсутствие качественно обоснованной меры ответственности каждого из участников этой деятельности. Результат этого отсутствия
понятен– при попадании транспортного средства в ДТП по вине АТП установить конкретного участника, по причине которого произошло происшествие, представляется сложным процессом. Отсюда следует одна из значимых задач создания автоматизированной системы управления – создать новый уровень меры ответственности для всех участников системы, который
также необходимо внедрять в автоматизированную систему управления.
Основным принципом построения автоматизированных систем управления является организация, включающая полный набор функциональных
элементов и межэлементных связей, обязательное наличие каналов обратных связей, обеспечивающих сравнение требуемого результат с достигнутым и разработку мероприятий по устранению возникающих в процессе реального времени отклонений (рисунок).
Структура организации деятельности участников системы профилактики ДТП
Общественная потребность П в профилактике ДТП, определенная нормативными документами НД, рождает цель Ц – обеспечение безопасности
дорожного движения на АТП и желаемый результат Xвх – количество ДТП
по вине АТП, равное нулю. Объектами управления ОУ являются участники
системы, выполняющие свои функции и обязанности, опираясь на соответствующие нормативные документы НД. По каналу обратной связи 3 с помощью средств проверки производится сравнение достигнутого результата
Хвых с желаемым Хвх на блоке 2, где Δ – это непрогнозируемое отклонение.
Наличие полного набора необходимых составляющих автоматизированной системы управления деятельностью позволяет производить мониторинг всех процессов, несоответствие нормативным требованиям которых
должно быть определено и устранено до попадания транспортного средства
в среду, где может произойти опасное ДТП.
При внедрении данной автоматизированной системы управления, построенной на базе компьютерных технологий, в действующую профилактиче97
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном...
скую деятельность появится строгая исполнительская дисциплина и техническая культура производства, повысится оперативность управления процессами, что в свою очередь приведет к снижению числа ДТП по вине АТП.
лее ярких приверженцев был английский ученый Т. Гоббс, трактовавший
проблему безопасности применительно к своей теории происхождения государства.
Войны, революции XX в. выдвинули проблему безопасности общества на одно из первых мест в политике, экономике, науке. Одним из основоположников современного взгляда на безопасность общества является
В. Парето. Эта проблема поднималась им в исследованиях первой четверти XX в., в которых безопасность общества характеризовалась как взаимосвязь трех составляющих: политической стабильности, экономического процветания, обороноспособности государства, зависящих в свою очередь, как
от определенных внутренних, так и внешних параметров [5, с. 17].
Прорывом в проблеме общей безопасности стало учение А. Богданова
об условиях и факторах обеспечения равновесности систем, и прежде всего
социальной, ибо вне этого состояния невозможно существование самой системы. Высшая форма организованности (защищенности) – «триединая организации – вещей, людей и идей». Нарушение равновесности системы может привести к ее негативному или позитивному изменению. Первое означает разрушение, второе – ее развитие. Именно этим определяется степень
безопасности состояния социальной системы [3, с. 106].
В настоящее время вопросы безопасности вообще и экономической безопасности (ЭБ), в частности, становятся особо актуальными. В XXI веке
ожидается усиление борьбы за экономические ресурсы, следовательно, любой субъект экономики будет испытывать на себе все возрастающее число
разных по силе воздействия, но одинаковых по направленности экономических угроз. Исследователи, занимающиеся изучением данного вопроса,
в целом схожи в своих определениях понятия «безопасность». В целом под
безопасностью какого-либо объекта понимают состояние, при котором данному объекту в данной момент опасность не угрожает.
Российское законодательство в законе РФ «О безопасности» № 2446-1
от 5 марта 1992 г. трактует безопасность как состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от внутренних
и внешних угроз [1].
Позднее, после принятия Федерального закона от 13 октября 1995 г.
№157-ФЗ «О государственном регулировании внешнеторговой деятельности», в научный оборот вошло понятие «экономическая безопасность» [2].
В указанном нормативном документе под экономической безопасностью
понимается состояние экономики, обеспечивающее достаточный уровень
социального, политического и оборонного существования и прогрессивного
развития Российской Федерации, неуязвимость ее экономических интересов
Литература
1. Кравченко, П. А. Резерв совершенствования системы обеспечения безопасности дорожного движения (БДД) в Российской Федерации. Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: Сборник докладов восьмой международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах», 2008 – 460 с.
2. Кравченко, П. А. Об инновационных технологиях в сфере обеспечения безопасности дорожного движения, Транспорт РФ. – № 5(30). – 2010. – С. 38-41.
3. Сакач, Р. В. Безопасность полетов: Учебник для вузов / Р. В. Сакач, Б. В. Зубков, М.Ф. Давиденко др.; Под ред. Р. В. Сакача. – М.: Транспорт, 1989. – 239 с.
4. Модин, Н. К. Безопасность функционирования горочных устройств – М.:
Транспорт, 1994. – 173 с.
УДК 658.14:006.22
аспирант О. А. Никольская (СПбГАСУ)
ПРОВЕДЕНИЕ МОНИТОРИНГА СОЦИАЛЬНОЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СТРАНЫ
Безопасность как состояние объекта является неотъемлемым атрибутом
общества в любой его исторический период. Разница лишь в том, что при первобытнообщинном строе имели место одни угрозы здоровью и жизни людей,
в средние века – другие, в настоящее время – третьи. Изменяются только характер угроз, но само стремление к безопасности, к максимально долгому состоянию и ощущению защищенности остается неизменным, а начиная с конца 20 века, оно с каждым годом увеличивается многократно.
В Древней Греции безопасность трактовалась как защита государства
и его граждан от разного рода угроз, которые обычно связывали с проявлением недоброжелательства и злой воли сверхъестественных сил. В частности,
Аристотель содержание безопасности также сводил к проблеме самосохранения. Он считал, что безопасность определяется как естественное чувство человека, что природа вложила в каждое существо естественное чувство любви к себе [4, с. 292].
В период становления капитализма научные представления о безопасности развивались в русле идей естественного права. Одним из его наибо98
99
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
по отношению к возможным внешним и внутренним угрозам и воздействиям. Актуальность изучения экономической безопасности в национальном
масштабе бесспорна, что и подтверждается многочисленными публикациями и выступлениями на эту тему за последнее десятилетие.
Развитие понятия «экономическая безопасность» в качестве общегосударственной задачи обусловило появление таких направлений исследований, как «экономическая безопасность региона», «экономическая безопасность отрасли», «экономическая безопасность предприятия» и т. п.
Особое распространение получило развитие понятия «национальная экономическая безопасность России». Проблемы обеспечения экономической
безопасности РФ как непременного условия ее возрождения привлекают
к себе все больше внимание исследователей. Подобное внимание объясняется кризисом, поразившим российскую экономику в 90-х гг. прошлого века.
Как показывает мировой опыт, обеспечение экономической безопасности –
это гарантия независимости страны, условие стабильности и эффективности жизнедеятельности общества, достижения успеха. Соответственно обеспечение экономической безопасности принадлежит к числу важнейших национальных приоритетов.
Литература
1. Закон РФ «О безопасности» от 05.03.1992.
2. ФЗ РФ № 157-ФЗ «О государственном регулировании внешнеторговой деятельности» от 13.10.95.
3. Богданов А. А. Всеобщая организационная наука. Т1-2. – М., Экономика, 1989.
4. История древнего мира / под редакцией И. М. Дьяконова, В. Д. Нероновой,
И. С. Свенцицкой, - М – 1982.
СЕКЦИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
УДК 539.4
аспирант П. В. Садиков (СПбГАСУ)
О ПРОВЕРКЕ ПРОЧНОСТИ В СИНГУЛЯРНЫХ ТОЧКАХ
Проверка прочности конструкций сталкивается с рядом не решенных
еще в достаточной степени вопросов. Одним из них является оценка прочности в так называемых сингулярных точках1. Бесконечные напряжения
в них, отвечающие любой величине нагрузки, не свидетельствуют об исчерпании прочности, но и не позволяют воспользоваться обычными («классическими») теориями прочности.
Возможный выход из положения указал в ряде работ, опубликованных
с 1989 г. (см., например, [1, 4]), В. Д. Харлаб. Он отталкивался от рассмотрения градиентного эффекта прочности2, для учета которого предложил формулу
S   S / 1  δ S S  ,
(1)
где S  – градиентный критерий прочности, на который при проверке прочности заменяется то или иное «классическое» эквивалентное напряжение S;
δ – структурный параметр материала с размерностью длины, определяемый
по опытным данным о чистом изгибе балки;  – символ градиента. В сингулярных точках, по мысли автора рассматриваемого подхода, имеет место
сильный градиентный эффект, который и позволяет телу сохранять прочность до некоторого уровня нагрузки. Для случая сингулярности степенного вида (важнейший вид сингулярности)
S (r )  k / r n
(2)
предложено преобразование, аналогичное (1):
S   S / 1  δ S S  ,
n
(3)
1
Под регулярными и сингулярными подразумеваются точки, в которых напряжения
согласно теории упругости являются соответственно конечными или бесконечными.
2
Градиентным эффектом называют явление повышения прочности материала, находящегося в неоднородном напряженном состоянии по сравнению с однородным.
100
101
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
С учетом (2) формула (3) дает
S  | r 0 
k
σ1  σ 2 
.
n
nδ 
(4)
Таким образом, при проверке прочности следует заменить сингулярную
точку r  0 на регулярную r*  n . Этот подход позволяет рассматривать
также и другие сингулярные функции.
Для упрощения применения обсуждаемого метода и одновременно –
расширения области его применения был предложен модифицированный
подход – см. [2, 3, 5].
В данной работе предлагается использовать для сингулярных и регулярных точек единую формулу. Рассматривая сингулярность вида (2), можно заметить, что после преобразования по исходной формуле (1) сингулярность не исчезает, но показатель степени уменьшается на единицу. Таким
образом, если подвергнуть рассматриваемую функцию преобразованию (1)
n раз, сингулярность будет исключена. Проведя указанное преобразование,
легко установить следующую закономерность: чтобы получить конечное
значение функции S(r) с учетом градиентного эффекта для сингулярности
вида (2) достаточно вместо r подставить r*  n n!δ , или в более общем случае не целых n
r*  [Γn  1]1/n δ.
(5)
Здесь Γ(x) – гамма-функция Эйлера. В табл. 1 показано сравнение результатов, полученных по исходному и предлагаемому в данной работе подходу.
Показатель
степени n
сингулярности k/rn
1
0,5
2
2,5
3
Таблица 1
Величина r*
ИсходПредланый
гаемый
подход,
подход,
nδ
[Γ(n+1)]1/n
δ
δ
0,5δ
0,79δ
2δ
1,41δ
2,5δ
1,62δ
3δ
1,82δ
В качестве иллюстрации применения и (в известной степени) для проверки предлагаемого подхода рассмотрим задачу Буссинеска о действии на
бетонное полупространство сосредоточенной силы P. Главные напряжения
в этом случае на оси симметрии выражаются формулами
102
1  2μ P
3 P
, σ3 
,
2
4π r
2π r 2
(6)
где μ – коэффициент Пуассона; r – расстояние по вертикали от точки приложения силы до рассматриваемой точки.
В качестве «классической» привлечем, например, теорию ПисаренкоЛебедева. Условие прочности по этой теории выглядит так:
2
0,5χ 2 [(σ1  σ 2 ) 2  (σ 2  σ 3 ) 2  (σ 3  σ1 ) 2 ]  (1  χ 2 )σ12  RР .
(7)
Здесь χ – отношение пределов прочности при растяжении RР и сжатии
RС. После подстановки (6) в (7) критерий прочности приобретает вид


S  P χ 2 7  2μ   1  χ 2 1  2μ  / 4 πr 2 ,
2
2
(8)
что соответствует сингулярности вида k / r 2 .
Для оценки прочности в сингулярной точке r  0 надо вместо r подставить в (8) r * (2δ – согласно исходному подходу, 2δ – согласно предлагаемому подходу (5)):


P χ 2 7  2μ   1  χ 2 1  2μ  / 4 πr * 2  RР .
2
2
(9)
Полученное отсюда значение отношения разрушающей нагрузки, соответствующее знаку равенства, к «структурной» площади δ2 следует трактовать как прочность материала на местное смятие:
Rсм 
4 πr * 2
δ2
χ


χ 7  2μ   1  χ 2 1  2μ 
2
2
2
Rс .
(10)
Логично привлечь для сравнения широко применяемую (включая СНиП)
эмпирическую формулу Баушингера
Rсм  3 A / Aсм Rс ,
(11)
где Асм – площадь смятия (в нашем случае – площадь квадрата со стороной
δ); А – так называемая расчетная площадь, которую, опираясь на известные из литературы примеры, можно принять как площадь квадрата со стороной 3δ. При таких достаточно правдоподобных предположениях формула
Баушингера (11) приобретает вид
Rсм  3 9Rс .
103
(12)
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
Результаты, вычисленные для бетона В15 (μ = 0,2; δ = 6,7 см; Rс = 8,5 МПа,
RР = 0,75 МПа) сведены в табл. 2.
Таблица 2
Метод вычисления
Исходный подход
Предлагаемый подход
3
9 Rс
Баушингер
Rсм/Rс
5,32
2,66
2,08
Из табл. 2 видно, что результаты, полученные по предлагаемому подходу, более приближены к эмпирическим данным по сравнению с исходной
теорией.
Литература
1. Харлаб В. Д. Градиентный критерий хрупкого разрушения / В. Д. Харлаб //
Исследования по механике строительных конструкций и материалов: Межвуз. темат.
сб. тр. – СПбИСИ. 1993. С. 4–16.
2. Садиков П. В. Об учете градиентного эффекта прочности / П. В. Садиков //
Актуальные проблемы современного строительства: Сборник докладов – СПб.:
СПбГАСУ, 2006. С. 101–106.
3. Харлаб В. Д. Развитие градиентной теории прочности (I) / В. Д. Харлаб,
П. В. Садиков // Вестн. гражд. инженеров – 2007. – №4(13). – С. 26–30.
4. Харлаб В. Д. О проверке прочности в сингулярных точках / В. Д. Харлаб //
Вестн. гражд. инженеров – 2009. – №3(20). – С. 146-148.
5. Садиков П. В. Развитие градиентной теории прочности (II) / П. В. Садиков //
Вестн. гражд. инженеров – 2011. – №1(26).
Рис. 1
Уравнение равновесия абсолютно жесткого ригеля
N1a  N 2 a  Pa  0,
N1  N 2  P ,
условие совместности деформаций (по модулю)
l1  l2
(2)
N il
EA
(3)
и закон Гука
li 
УДК 624.04
студентка А. О. Голуб,
д-р техн. наук, профессор В. Д. Харлаб (СПбГАСУ)
О РАСЧЕТЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ СТАТИЧЕСКИ
НЕОПРЕДЕЛИМЫХ УПРУГИХ СИСТЕМ
Обычно устойчивость элементов статически неопределимых систем
проверяют по фиксированным усилиям, найденным линейным расчетом.
Однако с началом выпучивания сжатого элемента он может разгружаться,
вызывая тем самым перераспределение усилий в конструкции и задерживая
исчерпание ее грузоподъемности. Представляется полезным проанализировать данное обстоятельство на простом примере, в котором сжатый элемент
имеет максимальную возможность разгружаться при выпучивании (рис. 1).
104
(1)
в совокупности дают
N1  N 2  P / 2,
(4)
следовательно, сжатая стойка потеряет устойчивость (в предположении
справедливости формулы Эйлера) при
P  Pк 
22 EI
.
l2
(5)
При отсутствии возможности разгрузки стойки потеря ею устойчивости
означала бы исчерпание ее грузоподъемности. Рассмотрим, что вносит возможность разгрузки.
Пусть P ≥ Pк. Тогда левая стойка выпучится (рис. 2) и приобретет известную из задачи Эйлера форму
105
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
f 
2l

P  Pк
.
EA
(10)
Как видим, при возможности разгрузки стойки с достижением критического состояния она не сразу приобретает большие изгибные деформации,
а изгибается постепенно в процессе дальнейшего роста нагрузки на конструкцию, сохраняя неизменное продольное усилие.
На рис. 3–5 приведено решение задачи в виде графиков перемещения f
и напряжений в стойках 1max  N1 / A  N1 f / W ,  2  N 2 / A , соответствующее
конструкции со стальными стойками круглого сечения радиусом 4 см и длиной 4 м. Это решение справедливо в области, где соблюдаетс закон Гука (принято, что предел текучести σт = 240 МПа), т. е. согласно рис. 4, 5 при P / Pk ≤
≤ 1,46 (графики за пределами этой области показаны штриховыми линиями).
Рис. 2
w( x)  f sin
x
,
l
(6)
где f – неизвестная пока стрелка погиби (в задаче Эйлера эта величина остается неопределенной в рамках линейной теории).
Уравнения (1), (3) остаются в силе, тогда как условие совместности деформаций изменяется:
l2  l1  ,
(7)
где l1 – деформация продольного сжатия стойки, а δ – продольное перемещение конца стойки за счет ее изгиба (6):

1 l
f 2 2
2


[
w
(
x
)]
dx
.
2 0
4l
(8)
Дифференциальное уравнение изгиба стойки
EIw( x)   N1w( x)
с учетом (6) дает
2 EI
 Nэ .
(9)
l2
Таким образом, с ростом нагрузки Р усилие в первой стойке сохраняет
неизменное, эйлерово, значение. Усилие во второй стойке находится из (1),
после чего формулы (7), (8) с привлечением закона Гука дают
N1 
106
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Вышеизложенное позволяет сделать вывод: проверка устойчивости сжатых элементов статически неопределимой конструкции по усилиям, найденным линейным расчетом, дает величину критической нагрузки, смысл
которой состоит в том, что с ее превышением усилия развиваются с большей скоростью; исчерпание грузоподъемности конструкции соответствует
исчерпанию прочности какого либо ее элемента.
УДК 624.071
студентка А. С. Родионова,
д-р техн. наук, профессор В. Д. Харлаб (СПбГАСУ)
ОБ УСТОЙЧИВОСТИ МАЧТЫ, ПОДДЕРЖИВАЕМОЙ ДВУМЯ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫМИ ТРОСАМИ
Рассматривается вертикальный абсолютно жесткий стержень («мачта»),
шарнирно прикрепленный к земле и удерживаемый, как показано на рис. 1,
107
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
двумя одинаковыми предварительно натянутыми тросами. Мачта несет вертикальную нагрузку Р. Предполагается, что устойчивость объекта «из плоскости» обеспечена. Задача состоит в выяснении устойчивости конструкции
«в большом» в зависимости от предварительного натяжения тросов и других параметров.
Исследуем устойчивость конструкции энергетическим методом Лагранжа – Дирихле. Полная потенциальная энергия конструкции
Э = U + П,
где U – потенциальная энергия деформации тросов, а П – потенциал нагрузки Р:
U


E
( 1  0 ) 2 l1  (  2  0 ) 2 l2 A, П   P,
2
(5)
где E – модуль упругости троса; E ( i  0 ) 2 / 2 – удельная потенциальная
энергия деформации троса; А – площадь его поперечного сечения; li A –
объем троса;   h  h cos  – величина, на которую опустилась сила Р (за
ноль потенциала нагрузки принят потенциал в ее верхнем положении).
Таким образом,
Э ( ) 

EA
2
{  (cos  cos )
2
2
 (cos  cos )  (sin   cos  sin )
2
 Ph (1  cos )
Пусть мачта отклонилась влево на конечный угол φ (рис. 2). Тогда новые
длины тросов стали, как видно из рис. 2, такими:
l1  ( h cos ) 2  (l sin   h sin ) 2 ,
(1)
l2  ( h cos ) 2  (l sin   h sin ) 2 .
(2)
Соответственно, тросы получили дополнительные к начальным относительные удлинения
1 
l1  l 1
 ( h cos ) 2  (l sin   h sin ) 2  1 
l
l
 (cos  cos ) 2  (sin   cos  sin ) 2  1,
l2  l
 (cos  cos ) 2  (sin   cos  sin ) 2  1,
l
где учтено, что h  l cos .
2 
108
(3)
(4)

 (sin   cos  sin ) 2  1  0 l1 ( , ) 
2
}.

2
 1  0 l2 ( , ) 
(6)
Если при заданном значении нагрузки Р и φ = 0 функция Э(φ) имеет минимум, то вертикальное положение мачты при этой нагрузке устойчиво.
Составив элементарную программу построения графика функции (6)
в вычислительном комплексе Mathcad, получаем возможность исследовать
устойчивость рассматриваемой конструкции в зависимости от задаваемых
параметров.
Рассмотрим пример с исходными данными α = 30°; h = 50 м; ε0 = 0,05
(предварительная деформация стального троса может доходить до 8%);
E = 1  106 МПа (модуль упругости стальных тросов меньше модуля упругости стали, принятое значение является достаточно типичным); A = 0,1 м2.
На рис. 3 показаны графики функции Э(φ), соответствующие различным
значениям нагрузки.
Видно, что при отсутствии внешней нагрузки мачта устойчива при всех
возможных значениях угла наклона (само по себе предварительное натяжение тросов не может нарушить ее устойчивость). Нагрузка Pк = 109,65 Н –
критическая.
Вышеприведенный анализ является еще неполным. Дело в том, что первый трос выключается из работы, когда его укорочение ε1 (отрицательная
109
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
УДК 621.311
канд. техн. наук, доцент Л. М. Каган-Розенцвейг,
студент Е. В. Гродницкая (СПбГАСУ)
К ОБОСНОВАНИЮ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ
КУЛОНА-МОРА
Как известно, условие разрушения Кулона-Мора имеет вид
1 
Rр
Rс
 3  Rp .
(1)
В нем Rр, Rс – прочности при растяжении и сжатии, σ1, σ3 – главные напряжения. Согласно (1), прочность при объемном напряженном состоянии
не зависит от среднего главного напряжения σ2.
Условие (1) обычно получают геометрически, аппроксимируя прямой
огибающую предельных кругов напряжений [1]. Формулу (1) можно также
получить, постулируя линейную зависимость условия разрушения от главных напряжений σ1, σ3:
Рис. 3
1   3   .
величина) становится равным по модулю предварительному удлинению ε0
(положительная величина), следовательно, необходимым дополнительным
условием работоспособности конструкции является
0  1  0.
(7)
С учетом (3) условие (7) принимает вид (после раскрытия скобок под
корнем)
0  1  sin 2 sin   1  0 ,
(8)
20  02
.
sin 2
(9)
Для рассмотренного выше примера условие (9) означает φ < 6,46°. До такого значения аргумента можно судить об устойчивости конструкции по графикам рис. 3.
Более полное исследование влияния разных параметров выходит за рамки данной краткой публикации.
110
за прочность в точке тела ответственна невыгодная линейная комбинация
нормального напряжения σν и взятого по модулю касательного напряжения
|τν| для одной и той же площадки.
Условие разрушения в точке однородного изотропного материала при
сложном напряженном состоянии записывается в виде
или
sin  
Однако в этом случае положение опасной площадки остается неопределенным.
Ниже условие разрушения (1), формула для ориентации опасной площадки и независимость прочности от напряжения σ2 получены как следствие нижеуказанного допущения:
(|   |  a  ) |max   оп .
(2)
Здесь a, σоп – параметры материала.
Выразить условие (2) через главные напряжения σ1, σ2, σ3 позволяют круги напряжений Мора для пространственного напряженного состояния (рис.
1). Как известно [2], в системе координат σν, |τν| каждой наклонной площадке отвечает одна точка затемненной области рисунка.
111
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
имеем соответственно
||
1  sin  R

1 а  а 

2
cos  2
R
1  sin  R

1 а  а 

2
cos  2
A
B
2
3
Î
2
Рис. 1
1

1   3
   3 1   3
sin2 ,    1

cos2 .
2
2
2
(3)
Здесь   [ / 2,  / 2] – угол между нормалями к опасной и первой главной площадкам.
Условие экстремума функции (2) дает
d (|   |  a  )
 (1   3 )sign()cos2  asin2   0 ,
d
то есть
| tg2 | 1/a ,
| sin 2 |
1
1 a
2
, cos 2 
a
1 a
2
2
р
оп ,
с
2
с
оп ,
так что
Пусть опасная площадка связана с точкой A большого круга напряжений.
Тогда в этой точке
 
Rр
(4)
sin  
Rс  Rр
Rс  Rр
, a  tg 
Rс  Rр
2 Rс Rр
, 1  a2 
Rс  Rр
2 Rс Rр
,  оп 
Rр Rc
2
.
Приходим к условию разрушения (1). Ориентацию опасной площадки относительно напряжения σ1 задает угол α, являющийся корнем уравнения
| tg2 | 1/a 
2 Rр Rс
Rс  Rр
,
(5)
то есть в общем случае имеются две опасные площадки, наклоненные к направлению главного напряжения σ1 под углами   . График зависимости
( Rр / Rс ) представлен на рис. 2.
, | sin 2 |  a cos 2  1  a 2 .
Поскольку
d 2 (|   |  a  )
d
2
 4
1   3
  3
[| sin 2 |  a cos 2]  4 1
1  a2  0 ,
2
2
имеем максимум.
Условие прочности принимает вид
  3
  3
(|   |  a  ) |max  1
1 а2  а 1
  оп .
2
2
Опыты о прочности при осевом растяжении и осевом сжатии определяют постоянные a, σоп. При осевом растяжении (σ1 = Rр, σ3 = 0) и осевом сжатии (σ3 = –Rс, σ1 = 0), положив
a  tg ,
112
Рис. 2
Теперь покажем, что максимум выражения (2) достигается именно в точке большого круга напряжений.
Пусть опасной площадке отвечает произвольная точка B затемненной
области рис. 1. Через эту точку из центра О большого круга проведем луч
до пересечения с внешним кругом. При движении вдоль луча величина
|   |  a  растет линейно, максимум достигается в точке A внешнего круга. Значит, и для всей области максимум достигается в точке внешнего
круга.
113
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
Таким образом, предположение (2) приводит к условию разрушения (1),
формуле (5) для ориентации опасной площадки и независимости прочности
от главного напряжения σ2.
M  M 0  M ,
Литература
1. Александров А. В., Потапов В. Д., Державин Б. П. Сопротивление материалов. – М:. Высшая школа. 1995. – 560 с.
2. Филин А. П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т. 1. – М.:
Наука. 1975. – 832 с.
УДК 621.311
канд. техн. наук, доцент Л. М. Каган-Розенцвейг,
студентка У. И. Быкова (СПбГАСУ)
ОБ УЧЕТЕ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО ИЗГИБА СТЕРЖНЯ
где момент M0 не учитывает силу N (удовлетворяет уравнению M 0  q ),
ΔM – добавка за счет N. Уравнение (2) переписывается относительно добавки ΔM:
M  
1
,
1  N / Pкрэ
(1)
в которых w0, w – перемещения, M0, M – изгибающие моменты, найденные
э
без учета и с учетом продольно-поперечного изгиба, Pкр
– критическая сила
Эйлера, N – продольная сила в стержне. Формулы (1) применимы тогда,
когда форма изогнутой оси при поперечном изгибе близка к форме потери
устойчивости.
Ниже предлагается более простая в применении и одновременно более
точная формула учета продольно-поперечного изгиба стержней.
Рассматривается стержень, в котором сжимающая продольная сила N
постоянна по длине. Дифференциальное уравнение продольно-поперечного
изгиба записывается через изгибающий момент M в сечении [1]:
M  
N
M  q .
EI
(2)
Здесь EI – жесткость при изгибе, q – зависящая от координаты интенсивность поперечной нагрузки.
Момент M представляется в виде
114
(3)
Постулируется, что граничные условия для величины ΔM совпадают с
граничными условиями в задаче о потере стержнем устойчивости. (Когда
опорные закрепления являются жесткими, постулат выполняется точно.)
Дифференциальное уравнение (3) решается приближенно методом Бубнова-Галеркина. Пусть P * – первая критическая сила Эйлера, а M у – форма
критического момента в задаче устойчивости. Принимается ΔM = C0M у , где
функция M у удовлетворяет однородным граничным условиям и уравнению
M  
Продольно-поперечный изгиб упругих стержней обычно учитывают, используя приближенные формулы
w  w0 , M  M 0 ,  
N
N
M 
M0  0.
EI
EI
P*
M  0.
EI
(4)
Метод Бубнова-Галеркина дает
1
 Pl 2 l
 l

Pl 2 l
( M у ) 2 dx  .
С0   
M 0 M у dx  l 2  M  у M у dx 


EI 0

 EI 0
 0
(5)
Окончательно
M  M 0  С0 M у .
(6)
В последней формуле момент M у считается безразмерным, коэффициент
C0 имеет размерность изгибающего момента.
Реализация для защемленной стойки с жесткой опорой вверху
Стойка постоянного сечения по рис. (1) сжата силой Р. К стойке приложена поперечная нагрузка вида
q(x) = q0cos(nx / l),
(7)
где n – любое положительное число.
Точное решение. Сформулируем граничные условия. Пусть R – реакция
верхней опоры, тогда
115
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция сопротивления материалов
Приближенное решение. Изгибающий момент M0 в отсутствие силы P
найдем, раскрывая статическую неопределимость:
P
R
2
q0l 2 (1  x / l ) 3
[n sin n  3(1  n ) cos n  3] 
4
2
n
2
ql
 0 2 [cos(nx / l )  cos n  n(1  x / l ) sin n].
n
M 0 ( x) 
q
x
(8)
Форму момента M у и критический параметр k * дает решение дифференциального уравнения (4), удовлетворяющее граничным условиям
Рис. 1
M (0)  l  M ' (0)  B  kA  0 , M (l )  A  sin k  B  cos k  0 .
l
l
0
0
M (0)  Rl   xqdx , Q(0)  М (0)   R  l  qdx .
Критический параметр нагрузки k *  4,493 , момент
M у  sin(k * x / l )  k cos(k * x / l ) .
Граничное условие на нижнем торце получим, исключая R:
l
l
0
0
Вычисление коэффициента C0 по формуле (5) дает следующее приближенное выражение для изгибающего момента:
M (0)  lM ' (0)  l  qdx   xqdx .
l
Граничное условие на верхнем торце имеет вид
M ( x)  M 0 ( x) 
M (l )  0 .
Pl 2 и инEI
M   (k 2 / l 2 ) M  q ( x)
с учетом граничных условий. Получим точное решение задачи:
q0 l 2
2
n (1  t
2
cos(nx / l )  ((1  t
)
2
) cos n  t 2 ) cos(kx / l ) 
sin(kx / l )  k cos(kx / l ) 
 [cos n  ((1  t ) cos n  t ) cos k ]

sin k  k cos k
2
,
2
t  ( k / n) 2 .
116
2k 2 1l  M 0 М у dx
0
k2
k * (1  2 )
k*
М у ( х) .
(10)
4
Вводим безразмерный параметр продольной нагрузки k 
тегрируем дифференциальное уравнение изгиба
M точн ( х) 
(9)
(7)
Сравним точный результат (7) с приближенными решениями (1) и (10).
Когда формы моментов M0, M у далеки, решение (1) не может быть удовлетворительным. Решение же (10) оказывается достаточно точным. Рис. (2а, б)
относится именно к такому случаю: n = 0,9π (функция q(x) показана в левых
углах рисунков). На рис. 2а даны результаты для k = 2,46 (N = 0,3P*). Кривые
1, 2, 3 отвечают точному решению и приближенным решениям (1), (10) соответственно. Результат при k = 4,4 (N = 0,959P*) представлен на рис. 2б,
1 – точное решение, 2 – приближенное решение (10). Решение (1) отброшено, поскольку полностью отлично от точного. Решение (10) близко к точному при любом уровне сжимающей силы.
Рис. (3 а, b) относится к случаю равномерно распределенной нагрузки:
n = 0,001. Теперь точное решение и предлагаемое приближенное решение
дают практически одинаковые кривые 1, кривая 2 – результат (1).
117
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
b)
a)
СЕКЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
И РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ
УДК 629.33:005.52-021.272
канд. техн. наук, доцент Н. А. Давыдов,
аспирант С. А. Воробьев (СПбГАСУ)
Рис. 2
b)
a)
Рис. 3
Литература
1. Ржаницын А. Р. Устойчивость равновесия упругих систем. М.: Гостехиздат,
1955. – 475 с.
ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ
РАЗРАБОТКИ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АТС
НА ОСНОВЕ НОРМИРОВАНИЯ ЕДИНИЧНЫХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА
Одним из этапов при решении задачи оценивания качества и выбора лучшего варианта транспортного средства на ранних стадиях жизненного цикла по совокупности количественных показателей качества x является определение его относительных (нормированных) единичных показателей x .
При этом для нормирования максимизируемых и минимизируемых показателей используются различные зависимости x  f  x . Рассмотрим наиболее
известные из них.
Нормирование максимизируемых показателей качества
Если увеличение значения единичного показателя улучшает качество образца транспортного средства в целом, то нормирование проводят с использованием следующих выражений:
x ij 
x ij
max x ij
;
(1)
j
x ij  1 
max x ij  x ij
j
max x ij  min x ij
x ij  1 
;
(2)
j
j
max x ij  x ij
j
max x ij
;
(3)
j
x ij 
x ij  min x ij
j
max x ij  min x ij
j
118
119
j
,
(4)
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
где xij – значение i-го показателя качества j-го варианта транспортного
средства;
x ij – нормированное значение i-го показателя качества j-го варианта
транспортного средства;
i  1; n – номер показателя качества транспортного средства;
j  1; m – номер варианта транспортного средства.
Необходимо заметить, что значения единичного показателя качества
для различных вариантов транспортных средств равномерно распределены
на отрезке от минимального до максимального значения, и при этом выполняется условие xj < xj+1.
Формульные зависимости (1) и (3), также как и выражения (2) и (4), при
расчетах дают одинаковые значения. Эквивалентность выражений (1) и (3)
можно доказать теоретически:
xij  1 
max xij  xij
j

max xij
j
max xij
j

max xij
max xij  xij
j
max xij
j

j
max xij   max xij  xij  max xij  max xij  xij
xij
j
j
 j
 j
.


max xij
max xij
max xij
j
j
j
Очевидно, что равнозначность формул (2) и (4) также может быть доказана с использованием математических преобразований, а именно:
xij  1 
max xij  xij
j
max xij  min xij

j
j

max xij  min xij
j
j
max xij  min xij
j
j
max xij  xij
j
max xij  min xij
j
j
j
max xij  min xij
j
j
max xij  min xij
j

j
max xij  min xij  max xij  xij
j

j
j
max xij  min xij  (max xij  xij )
j


j

xij  min xij
j
max xij  min xij
j
.
j
Таким образом, при нормировании максимизируемых показателей качества могут использоваться зависимости (1) или (3), либо (2) и (4).
Нормирование минимизируемых показателей качества
Если увеличение значения единичного показателя ухудшает качество
транспортного средства в целом, то нормирование проводят с использованием других выражений:
120
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
xij 
xij  1 
min xij
j
;
xij
(5)
xij  min xij
j
max xij  min xij
xij  1 
;
(6)
j
j
xij
max xij
.
(7)
j
Результаты проведенных расчетов позволяют сделать следующие выводы:
1. Нормированные значения показателя качества, полученные при расчетах по выражению (5) находятся на интервале (0; 1], а график зависимости x  f  x  носит нелинейный характер. При этом для «худшего» варианта
транспортного средства по рассматриваемому показателю качества нормированное значение x > 0, а для «лучшего» варианта – x = 1.
2. График зависимости x  f  x  при использовании соотношения (6)
носит линейный характер, и нормированные значения показателя качества принадлежат отрезку [0; 1]. При этом для «худшего» варианта образца
транспортного средства по рассматриваемому показателю качества нормированное значение x = 0, а для «лучшего» варианта – x = 1.
3. График зависимости x  f  x  при использовании выражения (7) носит
линейный характер, нормированные значения показателя качества в данном
случае находятся на интервале [0; 1). При этом для «худшего» варианта образца транспортного средства по рассматриваемому показателю качества
нормированное значение x = 0, а для «лучшего» варианта – x < 1.
Результаты проведенного анализа свидетельствуют о том, что для нормирования максимизируемых и минимизируемых единичных показателей при решении задачи оценивания качества и выбора лучших вариантов
транспортного средства наиболее предпочтительными являются выражения
(4) и (6), т. е.
xij  min xij

j

xij
 max xij  min
j
j

xij  

xij  min xij
j
1 
 max xij  min xij
j
j

 если увеличение значения
показателя улудшает качество;
 если увеличение значения
показателя ухудшает качество.
121
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
Однако при этом нормированные значения «худших» вариантов транспортного средства по различным единичным показателям равны нулю и не
оказывают положительного влияния на повышение обобщенного показателя качества. Для исключения указанного недостатка при формировании исходных данных необходимо вводить так называемые «базовые» значения
единичных показателей качества, которые заведомо меньше или больше
максимизируемых или минимизируемых показателей соответственно.
ближенные результаты расчетов могут использоваться лишь для перспективного планирования развития ПТБ предприятий и отрасли в целом с учетом прогнозов изменения объемов перевозок. Такой метод не в состоянии
решать вопросы оптимизации мощности конкретных предприятий на различных стадиях развития.
2. Детерминированный технологический расчет АТП используется для
определения мощности функционирующих, реконструируемых и проектируемых предприятий, их зон и участков. Он отличается простотой и наглядностью. Вместе с тем этот подход не отражает технико-экономические показатели подвижного состава и производственно-технической базы, вероятностный характер производственных процессов, уровень специализации,
различные формы организации труда и другие факторы.
Для расчета годовой производственной программы в детерминированном подходе используют следующие методики:
Первая методика, основанная на цикле – зависит от пробега до капитального ремонта.
Вторая методика ускоренного расчета программы основывается на
первоочередном расчете коэффициентов технической готовности, использования автомобиля и годового пробега автомобилей.
Третья методика, применяется в целях наиболее точных результатов
расчетов, в ней уточняется выражение расчетных величин коэффициентов
технической готовности и использования автомобиля
Основной недостаток традиционного детерминированного подхода состоит в том, что основной результирующий показатель эффективности работы технической службы – коэффициент технической готовности – рассчитывается в самом начале, когда еще практически мощность транспортной
службы предприятия не определена. Отсутствие аналитических связи между мощностью и экономическими показателями предприятий не позволяет
оценить эффективность использования имеющихся производственных площадей, оборудования, трудовых ресурсов.
Однако для стадии проектирования предприятий этот подход продолжает оставаться основным ввиду простоты расчетных формул и наличия необходимой нормативной базы. Погрешности результатов расчетов не имеют
серьезных последствий для проектных решений ввиду корректирования их
в процессе планировки помещений согласно требованиям стандартов и применения типоразмерного ряда конструктивных элементов зданий.
3. Экономико-вероятностные подходы используют для оценки эффективности и оптимизации мощности. Они обладают рядом достоинств
по сравнению детерминированным подходом.
УДК 629.3.083:685.5
канд. техн. наук, доцент Н. И. Веревкин,
аспирант Е. В. Лаврентьев (СПбГАСУ)
СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Технологический расчет автотранспортных предприятий представляет собой детальный инженерный расчет производственных мощностей различных подразделений технической службы, основанный на нормативных
материалах или статистических данных.
Как известно, под технологическим проектированием предприятия понимается процесс, включающий:
выбор и обоснование исходных данных для расчета производственной программы;
расчет производственной программы и численности персонала;
выбор и обоснование метода организации ТО и ТР;
расчет числа постов и линий для ТО и постов ТР подвижного состава;
определение потребности в технологическом оборудовании и расчет
уровня механизации производственных процессов;
расчет площадей производственных, складских и вспомогательных
помещений;
технико-экономическую оценку разработанного технологического проектного решения.
Для определения мощности ПТБ АТП существуют следующие подходы:
1. Экономический – используют для решения вопросов обеспеченности
ПТБ на уровне автообъединений и отрасли в целом. При таких укрупненных расчетах не затрагиваются различные организационные формы и технологические решения для планировки зон и участков, в связи, с чем при122
123
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
С помощью применения вероятностных математических моделей представляется возможным рассчитывать технико-экономические показатели
ПТБ АТП на всех стадиях развития предприятий. Однако они пока не нашли должного распространения применительно к автомобильному транспорту из-за невозможности использования для оптимизации мощности имеющейся нормативной базы.
Случайные величины, используемые в вероятностных подходах, могут
быть описаны следующими законами распределения, параметры которых
приведены в таблице.
Общепринятым критерием эффективности любого производства является производительность труда. В качестве продукции технической службы
можно принять количество отремонтированных автомобилей (узлов, агрегатов). По теории массового обслуживания, для расчета среднего числа автомобилей, находящихся на постах, используется формула (1):
Параметры законов распределения
Результаты технологического проектирования служат основой для разработки других частей проекта и во многом определяют качество проекта
в целом. Поэтому для удачного проекта необходимо производить качественный технологический расчет, для этого необходимо использовать точные
статистические данные. Так как статистические данные носят вероятностный характер, то для увеличения надежности проекта в целом, необходимо
вносить их в расчеты как распределение вероятностей. Примерами таких
начальных величин могут быть следующие распределения: среднесуточного пробега, продолжительность времени обслуживания, трудоемкость обслуживания, наработка на отказ и другие производственные процессы, которые зависят от человеческого фактора.
Для этого необходимо воспользоваться теорией массового обслуживания, которая в свою очередь является частью теории вероятности. Целью теории массового обслуживания является разработка математических методов
выявления основных характеристик процессов массового обслуживания автомобилей для оценки качества функционирования системы обслуживания.
Интенсивность потока отказов описывается теорией массового обслуживания,
которая использует представленные ранее распределения случайных величин.
124
a

v
,
(1)
где λ – интенсивность потока требований; v – производительность рабочих
мест.
Из этого выражения видно, что при достижении максимальной производительности – число автомобилей на постах должно иметь минимальное
значение. Таким образом, абсолютным интегральным показателем использования мощности производства по ТО и ремонту автомобилей служит их
суммарное количество в ТО и ремонте с учетом уровня загрузки мощности. Для комплексных АТП традиционным интегральным относительным
показателем служит коэффициент технической готовности парка автомобилей, который необходимо определять для всех этапов развития предприятия.
Предлагаемый подход позволит, по нашему мнению, выполнить поставленную задачу.
Литература
1. Вентцель Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. – М. «Физматгиз», 1962. –
564 с.
2. Карташов В. П. Технологическое проектирование автотранспортных предприятий / В. П. Карташов – М. «Транспорт», 1977 – 160 с.
3. Масуев М. А. Проектирование предприятий автомобильного транспорта /
М. А. Масуев. – М. «Академия», 2006 – 224 с.
4. Тахтамышев Х. М. Основы технологического расчета автотранспортных предприятий / Х. М. Тахтамышев. – М.: «Академия», 2011 – 352 с.
УДК 629.33:629.3.07
аспирант Д. В. Романов (СПбГАСУ)
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ
СОПРЯЖЕНИЙ
Композиции присадок, добавляемых к моторным и трансмиссионным
маслам, различны в зависимости от назначения и условий применения
125
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
масел. Количество добавляемых присадок к маслам может составлять от нескольких процентов до 25-30 % готового масла.
Обычно композиция присадок к современному моторному маслу содержит следующие функциональные присадки: беззольные диспергирующие
(дисперсанты), детергенты (моющие присадки), антиокислительные, противоизносную, антикоррозионную, противопенную, депрессорную. Кроме
того, всесезонные масла почти всегда содержат вязкостные (загущающие)
присадки, в энергосберегающих маслах обычно содержится антифрикционная присадка – модификатор трения.
ствие в масле. Кроме того, тефлон – теплоизолятор, и наличие тефлонового
слоя на стенках камеры сгорания ведет к существенному росту температур
газа в цилиндре. С одной стороны, это хорошо, поскольку увеличивается
эффективность работы двигателя и снижается выброс СО и СН, с другой –
наблюдается практически двукратный рост выхода окислов азота в отработавших газах. Вдобавок наличие фторсодержащих частиц тефлона в зоне
горения приводит к образованию в отработавших газах следов ядовитого
фосгена. Отмечены также случаи, когда длительное использование тефлоновых препаратов приводило к закоксованию поршневых колец и, как следствие, перегреву поршней и выходу силового агрегата из строя.
Полимерные антифрикционные препараты (пример состава – «Аспект-Модификатор») появились раньше остальных. Эти препараты создавались специалистами оборонной промышленностью и изначально имели
узкое назначение – обеспечить кратковременное сохранение подвижности
боевой техники в случае серьезного повреждения масляной системы.
Видимый эффект от использования полимерных антифрикционных
препаратов в двигателе обычного автомобиля сводился к росту мощности
мотора и снижению расхода топлива. У изношенного двигателя на малых
оборотах гасла контрольная лампа давления масла, из чего делался вывод
о восстанавливающем действии препарата. Однако эффект снижения расхода топлива быстро пропадал, а причина увеличения давления масла обнаруживалась при вскрытии двигателя: приемный грибок масляного насоса
и масляные каналы «зарастали» полимером, сечения каналов уменьшались, что и приводило к росту давления.
Уменьшение расхода масла, отрицательно сказывалось на работе подшипников двигателя. Пока действовала полимерная защита поверхностей
трения, это было не очень заметно, но, как только она пропадала, износ двигателя и расход топлива резко возрастали, а мощность падала.
Действие ремонтно-восстановительных составов (РВС) (пример –
препарат «Ниод-5»), содержащих минеральные присадки, базируется на
уникальных свойствах порошка серпентинита. Предпринимались многочисленные попытки применить порошки серпентинита для обработки двигателя, в которых происходит микрошлифовка поверхностей цилиндров,
растет компрессия, падает скорость износа. Однако применение РВС в двигателях столкнулось с проблемой: агрегат, обработанный минералами, теряет температурную стабильность. Температура охлаждающей жидкости
перестаёт реагировать на режим – обороты коленчатого вала и нагрузку.
Причиной явился металлокерамический слой – мощное тепловое сопротивление на пути от поршня через поршневые кольца в систему охлаждения.
Модификаторы трения или антифрикционные присадки к маслам
Следует выделить следующие группы:
- реметаллизаторы поверхностей трения;
- тефлонсодержащие антифрикционные препараты;
- полимерные антифрикционные препараты;
- ремонтно-восстановительные составы на базе минеральных порошков;
- эпиламные (эпиламоподобные) антифрикционные восстанавливающие составы.
Особенности перечисленных групп следующие:
Реметаллизаторы (пример состава – металлоплакирующий состав
«Автоплюс-2025») – составы, в которых в нейтральном носителе, полностью растворимом в масле, содержатся соединения или ионы мягких металлов. Эти соединения, попадая в зону трения, заполняют микронеровности
и создают плакирующий слой, восстанавливающий поверхность. Его соединение с основным металлом происходит на механическом уровне. Поверхностная твердость и износостойкость слоя существенно ниже соответствующих параметров стали или чугуна, из которых изготовлены основные
детали двигателя, поэтому для существования слоя необходимо постоянное
присутствие реметаллизатора в масле. Замена масла в данном случае быстро сводит к нулю эффект от начальной обработки. Более того, даже кратковременное отсутствие препарата в масляной системе приводит к «состругиванию» защитного слоя с поверхности цилиндров поршневыми кольцами,
особенно в пусковых режимах.
Тефлонсодержащими препараты (пример состава – «Тефлон»). Тефлон –
хороший антифрикционный и антипригарный материал, эффективно работающий практически сразу после попадания в зону трения. Однако хорошо
известна и нестойкость тефлоновых покрытий. Как и в предыдущем случае, для эффективной работы присадки необходимо ее постоянное присут126
127
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Стали наблюдаться многочисленные случаи выхода двигателей из строя
по причине перегрева деталей ЦПГ.
Действие эпиламных (эпиламоподобных) антифрикционных препаратов (пример состава – препарат «Энергия 3000») построено на базе формирования эпиламных слоев на поверхностях трения двигателя. В зоне трения
под воздействием высоких контактных давлений и температур реализуется
механизм локальных поверхностных реакций, при котором «съедаются» выступы шероховатостей. Продуктами реакции заполняются впадины шероховатостей и дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе эксплуатации
силового агрегата.
Испытания показали, что чистота поверхности после формирования
упрочненного слоя на 60 – 80% выше, чем до обработки, при этом резко возрастают поверхностная твердость и износостойкость покрытия. Кроме того,
формируется специальная микроячеистая «сотовая» структура, способствующая удержанию масла.
Эпиламный износостойкий антифрикционный слой формируется на атомарном уровне и является, по сути, структурой кристаллической решетки
металла, что определяет высокую прочность слоя. Он формируется один
раз, при начальной обработке, и в дальнейшем не требует присутствия препарата в масле.
УДК 658.512
студент А. С. Медведев (СПбГАСУ)
ОПТИМИЗАЦИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО РЕМОНТА
АВТОМАТИЧЕСКИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
В ГУП СПб «ПАССАЖИРАВТОТРАНС»
Анализ показывает, что автоматическими коробками передач (АКП)
оснащены более 60% подвижного состава ГУП «Пассажиравтотранса»
и прослеживается устойчивая тенденция увеличения их числа. В ближайшие годы на все поступающие автобусы будут устанавливаться АКП марок
VOITH, ZF и Allison (рисунок).
Из данного рисунка следует, что преимущественно эксплуатируются
автобусы с гидромеханическими передачами, наибольшее распространение получили АКП фирмы “VOITH”– 592 шт. и АКП фирмы “ZF”– 276 шт.
Наблюдается тенденция резкого уменьшения механических коробок передач – 574 шт. против 915 шт. АКП. АКП в настоящее время обладают высо128
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
Производители АКП автобусов ГУПа
кой надежностью и могут эксплуатироваться практически в любых климатических условиях. Срок службы АКП в климатических условиях СанктПетербурга составляет примерно 650000 км.
Но возникла проблема ремонта и технического обслуживания этих высокотехнологичных агрегатов. С этой целью было принято решение произвести реконструкцию централизованного участка по ТО и ремонта АКП
на базе АП№6, который в прошлом занимался ремонтом отечественных
АКП «Львов».
Преимущества централизованных производств по ремонту агрегатов
Распыление сил и средств по ремонту АКП по каждому из автобусных
парков не предоставляется целесообразным по следующим причинам:
отсутствие в парках необходимого технологического оборудования;
квалифицированных специалистов и нормативно-технической документации;
cнижение качества выполняемых работ при одновременном повышении их стоимости;
недозагруженности рабочих постов по ремонту АКП в каждом их парков из-за их небольшой производственной программы.
Таким образом, наиболее эффективным представляется организация ремонта АКП на централизованном участке на базе АП№6, что позволит:
оперативно снабжать ремонтные бригады запасными частями;
в кратчайшие сроки производить качественный и полнокомплектный
ремонт нескольких марок АКП;
получать заказы на ремонт от сторонних предприятий и организаций
(дополнительный доход);
129
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
выполнять обучение персонала новым системам и конструкциям АКП;
предоставлять достаточную гарантию на проделанные работы;
давать четкую, полную и достоверную информацию по эксплуатации
автобуса с АКП.
суждение современный инновационный метод очистки – КРИОГЕННЫЙ
БЛАСТИНГ.
Криогенный бластинг (от греч. krýos – холод, мороз, лёд, от англ. blast–
взрыв, взрывать) – процесс нагнетания гранул сухого льда под давлением
воздушной струи на очищаемую поверхность.
Криогенный бластинг сухим льдом похож на пескоструйную очистку,
при которой частицы ускоряясь под действием потока сжатого воздуха, соударяются с поверхностью. Но на этом сходство данных методов заканчивается.
Вместо использования тяжелого абразивного материала для соударения с поверхностью (что становится причиной повреждений) при криогенном бластинге сухим льдом используется щадящий поверхность сухой лед,
гранулы которого ускоряются до сверхзвуковой скорости и при соударении
с поверхностью удаляют загрязнения, создавая небольшое взрывное воздействие.
«Сухой лед» – это твердая форма двуокиси углерода (СО2), который не
имеет вкуса, цвета и запаха, не проводит электричество и не воспламеняется. В твердое состояние углекислый газ переходит в момент охлаждения
жидкой фракции до –79 oС.
Процесс криогенного бластинга сухим льдом состоит из трех взаимосвязанных составляющих: «термошок», «кинетическая энергия» и «газовый
клин».
«Термошок»: Температура гранул на вылете из наконечника пистолета составляет –79°C, а температура обрабатываемой поверхности, как правило, является положительной. Поскольку все природные и искусственные
материалы обладают различными коэффициентами температурного расширения, в условиях стремительного перепада температур это приводит к снижению адгезии между загрязнением и поверхностью. Происходит их расслоение.
«Кинетическая энергия»: Для дальнейшего разрушения отслоившегося загрязнения требуется дополнительное механическое воздействие на его
структуру. Кинетическая энергия гранул, или энергия их движения, обеспечивает этот процесс.
«Газовый клин»: Проникающие сквозь частицы загрязнения и ударяющиеся о твердую поверхность гранулы совершают физическую работу,
в результате которой осуществляется преобразование кинетической энергии гранул в тепловую энергию. В результате нагрева происходит стремительное объемное расширение гранул (приблизительно в 800 раз), и они
из твердого состояния переходят в газообразное. Образующийся между очи-
Выводы
Выполненная работа по оптимизации ремонта автоматических коробок
передач на базе АП-6 показал, что централизованное производство целесообразно и далее развивать.
Ориентировочная стоимость строительных работ при перепланировке
составит 3 млн. руб.
Таким образом, суммарные затраты на полную реконструкцию участка
будут лежать в пределах 18 – 20 млн. руб.
Данную реконструкцию желательно провести в ближайшие год-два, что
существенным образом повысит эффективность работы предприятия по перевозкам пассажиров. Кроме того, в перспективе, такие возможности закладываются в план реконструкции, можно и следует расширить производственные возможности участка централизованного ремонта АКП и вывести
его на новые мощности. Так, если в настоящее время он на 85 – 90% обеспечивает потребности самого ГУП «Пассажиравтотранс» и лишь 10 – 15%
заказов приходятся на сторонние организации, то после реконструкции участок:
а) сможет в значительной степени увеличить выпуск товарной продукции для других заказчиков;
б) стать головным центром по ремонту АКП во всем Северо-Западном
регионе России и выйти в аспекте на новый масштабный уровень среди прочих аналогичных производств.
УДК 629.331:629.4.0223.1:629.3.083.5
канд. техн. наук, доцент В. Ф. Глазков,
студент Д. И. Гришин (СПбГАСУ)
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ
Неотъемлемой частью текущего и капитального ремонта деталей, узлов
и агрегатов автомобиля является их мойка и очистка. В настоящее время существует множество различных методов очистки. Представляю на об130
131
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
щаемой поверхностью и слоем загрязнения «газовый клин» завершает процесс их разделения.
Сухой гранулированный лед производится при помощи специального гранулятора (пеллетайзера). Поступающая в машину жидкая углекислота подвергается прессованию при высоком давлении (~300 атм.) переходит
в твердое состояние – снег, затем происходит принудительное прессование
относительно рыхлого снега в более плотное и твердое состояние. Затем образовавшийся лед при помощи давления поршневого механизма продавливается через калиброванную фильеру, где и происходит образование гранул
«сухого льда» заданного размера.
Необходимым оборудованием для самой очистки является компрессор, аппарат для подготовки воздуха и бластер. При помощи компрессора
в системе создается высокое (до 16 бар) давление и в бластер поступает
необходимый для работы сжатый воздух, который должен соответствовать
следующим минимальным требованиям: не содержать примесей масла,
пыли, твердых частиц. Из него должна быть выделена вода. Температура
подготовленного воздуха не должна превышать +35С. Обеспечивает эти характеристики аппарат для подготовки воздуха.
ния гранулы в потоке сжатого воздуха стремительно перемещаются в пистолет. В сопле пистолета гранулы получают дополнительное ускорение (максимальная скорость до 300 м/с) и со скоростью, близкой скорости звука, вырываются на очищаемую поверхность.
Рис. 2. Бластер ASCOJET 1501
Рис. 1. Технологическая схема оборудования для криогенного бластинга
Ключевым элементом очистки является сам бластер. Очистка «сухим
льдом» при помощи бластера осуществляется следующим образом. Гранулы
засыпаются в бункер аппарата. На щитке приборов устанавливаются необходимые для чистки параметры – давление воздуха и расход гранул. После
чего бластер включается в работу. Из бункера по шлангу высокого давле132
Преимущества технологии криогенного бластинга
1. Отсутствие механических повреждений и изменений структуры очищаемой поверхности.
Сухой лёд имеет низкую твёрдость и не оказывает абразивного воздействия даже на мягкие материалы, продлевая их срок службы.
2. Отсутствие вторичных отходов.
В связи с полным испарением гранул сухого льда, отсутствует необходимость последующей уборки чистящего вещества. Упрощается процесс
сборки и утилизации загрязнения.
3. «Сухость» процесса.
В отличие от паровой и водяной чистки гранулы сухого льда не оставляют влаги на рабочей поверхности, что исключает повреждения проводки,
электропанелей и переключателей.
4. Универсальность метода
5. Высокая скорость и эффективность процесса.
Скорость очистки по сравнению с традиционными способами увеличивается в 2 – 4 раза. Благодаря высокой эффективности процесса, очищаются
133
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
все форматы загрязнения без остановки производственного процесса и демонтажа оборудования (даже без отключения электроэнергии).
6. Безопасность процесса для человека и окружающей среды.
В технологии криогенного бластинга не применяются химические растворители, синтетические моющие средства, взрывоопасные и пожароопасные вещества. В процессе работы отсутствуют вредные испарения и токсичные сливы. Твёрдые фракции удалённого загрязнения утилизируются, а испарения СО2 отводятся в атмосферу.
Качество и эффективность городского автобуса определяется во многом его конструктивной схемой и конструкцией узлов, агрегатов шасси
и кузова.
Конструктивная схема, включающая компоновку шасси и кузова, а также
планировку пассажирского салона, является основным фактором, определяющим пассажировместимость, полную и снаряженную массу, осевые нагрузки и нагрузки на колеса, габаритные размеры пассажирского помещения, высоту пола, координаты центра масс и другие основные характеристики автобуса. При выборе модели именно этому этапу, как определяющему будущую
рентабельность, безопасность, экономичность и производительность автобуса в России и за рубежом придается большое значение
Ведущие зарубежные фирмы, такие как Daimler-Benz, MAN (ФРГ), AM,
GMC, Rohr (США), Saviem, Heilier (Франция), Leyland (Англия) и другие ведут ускоренными темпами создание городских автобусов на перспективу и,
в первую очередь, поиск их конструктивных схем.
Наметились общие тенденции в автобусостроении этих стран:
создание нового типа городских автобусов, включающего только четыре типоразмера (мини-, малые, большие и сочлененные автобусы);
установка на больших и сочлененных автобусах дизельных двигателей с турбонаддувом сзади в капсулированном мотоотсеке;
применение гидропривода для систем двигателя и автобуса;
колесная формула 4х2, на заднем ведущем мосту и управляемой оси
устанавливаются низкопрофильные бескамерные шины диаметром 832-962
мм повышенной грузоподъемности;
применение планетарных коробок передач, гидрорулей, пневматических подвесок, люминесцентного освещения, информационных систем для
пассажиров, находящихся внутри автобуса, систем принудительной вентиляции, кондиционирования воздуха, радио, магнитофона и микрофона,
а также мобильного телефона для водителей;
создание новых пассажирских сидений, наиболее полно отвечающих
требованиям эргономики;
создание дисковых колесных тормозов, клиновых тормозных механизмов, гидростатических трансмиссий;
уменьшение уровня шума в салоне при установившейся скорости, равной 80% от максимальной, до 78-68 дБ (А), а уровня наружного шума – до
81-76 дБ (А) за счет капсулирования двигателя, установки термостатически управляемых вентиляторов и радиаторов больших размеров отдельно
от двигателя, применения прогрессивных шумоизоляционных материалов
и др.;
УДК 629.342:629.083
старший преподаватель Т. А. Мешечко,
студентка И. М. Толмачева (СПбГАСУ)
МЕТОДИКА ВЫБОРА ТИПАЖА ПАССАЖИРСКОГО АВТОБУСА
ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ МЕГАПОЛИСА
Задача выбора экономически эффективных и конкурентоспособных автобусов становится особенно актуальной в связи с усилением конкуренции
в сфере пассажирских перевозок.
Необходимо отметить, что при переходе на новую марку (или даже
модель) автобуса, потребитель должен учитывать приспособленность материально-технической базы предприятия для технического обслуживания, ремонта и хранения новых автобусов, возможность реконструкции
производственно-технологической базы, перехода на новое технологическое оборудование, инструмент и оснастку с возможным переобучением
ремонтно-обслуживающего персонала предприятия, наличие в товарнопроводящей сети, либо возможность поставки новых запасных частей и эксплуатационных материалов в необходимых количествах и в установленные
сроки. Таким образом, задача выбора подвижного состава является комплексной, требующей оценки и сравнения технико-экономических и потребительских свойств конкурирующих моделей автобусов, оценки их соответствия условиям эксплуатации конкретного региона и соответствия условиям
содержания, технического обслуживания и ремонта на ПТБ конкретного
предприятия.
Также автобусы должны соответствовать законодательным и потребительским требования по вместимости, материалоемкости, топливной экономичности, тягово-скоростным свойствам, проходимости, плавности движения, эргономическим свойствам, удобству использования, надежности и безопасности.
134
135
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
снижение высоты уровня пола у городских автобусов и повышения ее
у туристских автобусов;
унификация конструкций и создание семейства автобусов;
широкая специализация и кооперация, в том числе создание международных объединений (IVECO и др.).
Эти тенденции являются общими в мировом автобусостроении. Наиболее
перспективным предполагается создание семейства унифицированных городских автобусов с задним расположением дизельного двигателя, высотой
пола 540-630 мм с тремя двойными пассажирскими дверьми для больших автобусов, из которых одна расположена в заднем свесе.
В качестве критерия оптимизации при выборе конструктивных схем
принимается производительность перевозок:
Wгпоб
  max

 k max
Fг  K k  K пл

 K эк   эк
      Vср.эк i K ti  и ,

 ст  K комф  ( сид   ст )   min  i  k min



где Wгпоб – производительность перевозок исходя из допустимой вместимости;
Kэк – коэффициент, зависящий от использования автобуса;
γэк – среднее значение коэффициента наполнения автобуса или использования вместимости;
Kk, Kпл, Kкомф – коэффициенты, характеризующие потери габаритной площади при принятой компоновке и планировке салона;
γст, γсид – норма площади для сидения и стояния одного пассажира;
σφ – доля транспортной работы, выполняемой при определенном значении коэффициента сцепления φ;
Vср.экφi – средняя эксплуатационная скорость при постоянном значении
пассажиронагруженности;
Kti – период работы автобуса по времени или пробегу при определенном
значении пассажиронагруженности;
αu – коэффициент использования автобуса.
Оценка конструктивных схем новых городских автобусов различных
стран показывает, что именно производительность пассажирских перевозок
положена в основу выбора конструкции городских автобусов.
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
УДК 629.083
канд. тех. наук, доцент Н. И. Подольский,
студент И. С. Брылев (СПБГАСУ)
НОРМАТИВЫ ПО КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Рулевое управление-система устройств, обеспечивающих движение автомобиля по заданному водителем направлению с помощью управляемых
колес, осей или складыванием звеньев.
Рулевое управление является одной из основных систем автомобиля
к техническому состоянию которого предъявляются повышенные требования по обеспечению безопасности дорожного движения.
В настоящее время основным нормативным документом определяющим
требования к техническому состоянию АТС, находящимся в эксплуатации
является технический регламент «О безопасности колесных транспортных
средств» [1]. Методы проверки определены ГОСТ Р 51709-2001 [2].
Определение технического состояния отдельных узлов (устройств) рулевого управления должно проводиться органолептически или с использованием приборов.
Органолептический метод
Наличие суммарного люфта, превышающего допустимые значения, указывает на чрезмерный износ деталей рулевого управления либо нарушение
регулировки, либо ослабление крепления узлов рулевого управления. Люфт
шарниров рулевых тяг, в соединениях рычагов поворотных цапф, шарнирах
независимой подвески, подшипниках ступиц колес, опорных рычагах подвесок, в болтовых соединениях можно определить органолептически и только с использованием так называемых люфт-детекторов. Люфт-детекторы
представляют собой одну или две подвижные площадки, которые обеспечивают приложение сил на управляемые колеса, как по ходу движения, так
и в перпендикулярном направлении плоскости колеса. Частично применение люфт-детекторов прописано в стандарте, но в утвержденной технологии работ по проведению государственного технического осмотра такое
оборудование не относятся к разряду обязательного.
Инструментальный метод
Требование по суммарному люфту в рулевом управлении проверяют на
неподвижном АТС без вывешивания колес с использованием приборов для
136
137
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
определения суммарного люфта в рулевом управлении, фиксирующих угол
поворота рулевого колеса и начало поворота управляемых колес. Угол поворота управляемых колес измеряют на удалении не менее 150 мм от центра обода колеса.
Требования к усилителю рулевого управления проверяют измерением
натяжения ремня привода насоса усилителя рулевого управления на неподвижном АТС с помощью специальных приборов для одновременного контроля усилия и перемещения или с использованием линейки и динамометра
с максимальной погрешностью не более 7 %.
Люфт – зазор между механическими элементами системы управления,
обычно связанными с вращением. Величина люфта определяет степень поворота элемента управления, которая не приводит к изменениям в управляемой системе.
«суммарный люфт в рулевом управлении» – угол поворота рулевого колеса от положения, соответствующего началу поворота управляемых колес
в одну сторону, до положения, соответствующего началу их поворота в противоположную сторону от положения, примерно соответствующего прямолинейному движению транспортного средства.
При этом суммарный люфт не должен превышать предельных значений,
установленных изготовителем в эксплуатационной документации, или при
отсутствии данных, установленных изготовителем, следующих предельных
значений для:
– транспортные средства категории М1 и созданные на базе их агрегатов
транспортные средства категорий М2, N1 и N2 - 10°;
– транспортные средства категорий М2 и М3 - 20°;
– транспортные средства категорий N - 25°.
С 1 января 2012 года на территории Таможенного союза России,
Белоруссии и Казахстана должны начать действовать единые технические
регламенты в том числе технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» в проекте которого в отношении проверки суммарного люфта рулевого управления установлено «С момента вступления
в силу настоящего технического регламента указание изготовителем в сопроводительной документации на транспортное средство, предоставляемой
покупателю (например, в «Руководстве по эксплуатации»), данных, необходимых для проведения проверки в соответствии с данным пунктом является обязательным».[3]
Ужесточение требований по суммарному люфту связано с повышением
скоростных качеств современных автомобилей и необходимости обеспечения БДД в системе «водитель, автомобиль, дорога».
Это подтверждено устанавливаемыми требованиями заводов изготовителей к суммарному люфту рулевого управления. Значения суммарного люфта рулевого управления, установленные заводом изготовителем для
некоторых автомобилей: Honda civic – 4°, ВАЗ 2170 – 6°, Икарус 280 –10°
[4], КамАЗ 53229 – 15°, Автобус ЛиАЗ 5256 –12° [5]. Таким образом, ответственные за техническое состояние транспортных средств и осуществляющие контроль технического состояния должны быть готовы к реализации
соответствующих требований технического регламента.
138
Литература
1. Технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств».
Утв. постан. Правительства РФ от 10 сентября 2009 г. № 720.
2. ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности
к техническому состоянию и методы проверки.
3. Проекты технических регламентов Таможенного союза, внесенные на публичное обсуждение – Режим доступа: http://www.gosstandart.gov.by/ru-RU/ts-regl.php
(дата обращения 25.03.2011)
4. Войтешонок И. Подвижной состав / Проект: Транспорт республики Беларусь. –
Режим доступа: http://beltransport.by/ps/bus/ik280.html
5. Автобус ЛиАЗ 5256 и его модификации: Руководство по эксплуатации / В. И. Степаненко; ООО «Ликинский автобус». – М.: Атласы автомобилей, 2001. – 512 с.
УДК 621.002: 681.518
студент Р. А. Спирин,
канд. техн. наук, доцент В. Г. Назаркин (СПбГАСУ)
ТОЧЕЧНЫЙ РЕМОНТ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ
Росту расходов при ремонте автомобиля зачастую способствуют повышенные требования клиентов по поводу абсолютного совпадения цвета нового и старого покрытия. Существует распространенное мнение, что если
какая-то деталь кузова (дверь, крыло и т.д.) даже незначительно повреждена, то при ремонте окрашивать ее следует целиком.
Специалисты знают, что подкраска способом точечного ремонта может
дать хорошие результаты на небольшом участке поврежденной поверхности, значительно уменьшив затраты. Сегодня специализированные мастерские могут предложить автовладельцу ремонтную подкраску по приемлемой цене.
139
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
Как правило, точечный ремонт осуществляется методом покраски «с переходом» (рис. 1). Именно этот метод позволяет минимизировать расходы
на лакокрасочные работы. Например, окраска стоек кузова должна проводиться только методом «с переходом» – в противном случае прозрачным
лаком придется покрывать всю крышу автомобиля: что повлечет за собой
увеличение расхода материала и, соответственно, стоимости ремонта.
дит в некоторых случаях к нежелательному осветлению оттенка края полученного покрытия. Для выравнивания цвета и получения неразличимой границы перехода применяют технологию распыления материала с помощью
низкого давления.
4
3
2
1
Восстановление лакокрасочного покрытия методом «с переходом»:
1. Шлифование. 2. Нанесение краски первого покрытия. 3. Нанесение
прозрачного лака. 4. Нанесение смеси прозрачного лака
со спецрастворителем в соотношении 10:1
Помимо экономии лакокрасочных материалов, точечный ремонт позволяет обойтись без трудоемких и дорогостоящих монтажных работ.
Наиболее подходящий случай для точечного ремонта – это повреждения,
находящиеся вблизи молдинга или края детали, так как после подкраски
не требуется полировки всей детали целиком.
Профессионально выполненная полировка – это необходимое условие
качественного точечного ремонта. Полировка позволяет сделать границу
между старым и новым покрытием практически неразличимой даже при
неполном совпадении цветов. Хорошая полировка придает поверхности
устойчивый блеск и вид полностью окрашенной детали.
Не меньшее влияние на результат ремонта лакокрасочного покрытия
оказывает технология нанесения краски. При точечном методе для покраски
небольших участков кузова некоторыми оттенками типа «металлик» приходится использовать сопла краскопульта с меньшим диаметром. Это приво140
Метод доводки оттенка цвета (колеровка)
Ее осуществляют до полного совпадения цвета краски с цветом автомобильного покрытия. Некоторые фирмы, занимающиеся подбором краски,
производят доводку цвета, хотя это очень кропотливая работа и требует высокого профессионализма колориста. В основном фирмы ограничиваются
только изготовлением краски по базовой рецептуре на основе заводского номера лакокрасочного покрытия автомобиля.
Технологические системы разных фирм-производителей допускают минимальное количество краски, которое можно приготовить с гарантией попадания в цвет – 100 г.
Для ремонта автомобилей отечественного производства предлагаются краски множества различных производителей – как отечественных, так
и иностранных, Номера, указанные на банках с краской, как правило, совпадают с номерами заводской краски, которой покрашен автомобиль. Качество
этих красок примерно одинаково. Цена варьируется от 9 до 20 долларов
за килограмм. Использование таких лакокрасочных материалов не гарантирует стопроцентного совпадения оттенков старого покрытия и вновь окрашенной поверхности (см. «Причины несовпадения цвета»).
Если не удается подобрать готовую краску, следует обратиться к фирмам, специализирующимся на их подборе.
Большинство зарубежных лакокрасочных материалов, представленных
на российском рынке, произведены на основе акриловых смол. За рубежом,
по требованиям экологических организаций, в последнее время начали применять краски на водной основе.
Краску в аэрозольном баллончике используют для мелкой подкраски.
Некоторые фирмы, специализирующиеся на подборе краски, предлагают
услуги по закачке подобранной краски в баллончик. Срок хранения такой
краски – более года. Можно также покупать уже готовую краску в баллончике, на котором указан заводской номер краски автомобиля, либо выбранную из подходящей цветовой гаммы. Однако в этом случае результат менее
предсказуем, так как очень многое зависит от состояния лакокрасочного покрытия конкретного автомобиля. Кроме того, ассортимент красок в баллончиках не охватывает весь спектр существующих цветов и оттенков.
141
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция технической эксплуатации и ремонта автомобилей
Нанесение и сушка лакокрасочного покрытия
При нанесении лакокрасочного покрытия и его сушке должны соблюдаться следующие условия:
поверхность покраски нужно тщательно обработать и обезжирить.
Она не должна быть ржавой, масляной и влажной;
все новые детали и запасные части, подлежащие окраске, обязательно должны быть очищены от защитного слоя, которым их покрывают для
транспортировки и хранения;
к обезжиренной и отшлифованной поверхности нельзя прикасаться
руками;
все отшлифованные места следует повторно грунтовать;
температура воздуха в помещении, где проводятся работы, а также температура окрашиваемой поверхности и лакокрасочных материалов
не должна быть ниже 18°С;
покрасочно-сушильная камера должна быть оснащена подводом свежего осушенного и отфильтрованного воздуха. В противном случае на покрытие осядет пыль, оно не будет иметь необходимого блеска;
каждый последующий слой наносится только после того, как растворители предыдущих слоев полностью испарились.
«Лак НЦ-222 бесцветный» – лак на нитро-целлюлозной основе, предназначенный для внутренних работ. Порядковый номер – 22;
«Грунт Гф-021 серый» – грунт на глифталевой основе. Порядковый номер заводской разработки – 21.
Обращение с новым покрытием
Свежее лакокрасочное покрытие приобретает все необходимые эксплуатационные свойства спустя несколько недель (или даже месяцев) после покраски. В течение этого времени мыть автомобиль желательно без моющих
средств. Механические автомойки могут нанести урон внешнему виду нового покрытия.
Не рекомендуется применять консервирующие вещества, которые ограничивают контакт покрытия с воздухом и тем самым замедляют процесс полимеризации краски.
При заправке автомобиля нужно следить за тем, чтобы бензин не попадал на покрытие, так как он может повредить свежеокрашенную поверхность. Если бензин разольется по покрытию, его следует немедленно вытереть мягкой тряпкой.
В первые два месяца после покраски не рекомендуется обрабатывать
лакокрасочные покрытия автокосметическими средствами (полиролями
и т.д.), специально не предназначенными для обработки свежепокрашенных
поверхностей.
Примеры обозначения ЛКМ
«Эмаль НЦ-11 черная» – эмаль на нитро-целлюлозной основе, предназначенная для наружных работ. Порядковый номер – 1;
142
143
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН
УДК 67.05
канд. техн. наук, доцент Б. С. Доброборский (СПбГАСУ)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Строительные машины наряду с различными видами транспортных
и технологических машин являются источниками повышенной опасности.
Они характеризуются тем, что в процессе эксплуатации непрерывно
и непосредственно управляются оператором.
Поэтому любые случайные или преднамеренные ошибки оператора могут привести к их выходу из строя, авариям и даже катастрофам.
Как известно, природой случайных или преднамеренных ошибок оператора является человеческий фактор – свойство человека совершать ошибки
в результате воздействия на него различных случайных внешних или внутренних источников информации, переключающих на себя его внимание,
неправильно реагировать на ту или иную рабочую обстановку, например
в результате утомления, неадекватно реагировать на источники опасности
в результате фенотипической адаптации к этим источникам и по другим
причинам.
Целью настоящей работы являлось определение путей уменьшения вероятности ошибок оператора путем совершенствования эргономических
показателей строительных машин.
Принципом функционирования организма человека, как и другого живого организма, является непрерывная последовательность циклов потребления и выделения энергии путем чередования синтеза и расщепления
биохимических веществ, в основном аденозинтрифосфата (АТФ). Причем
период этих чередований на уровне целостного организма составляет около одних суток.
В соответствии с этими циклами состояния организма человека чередуется в виде бодрствования и сна. Период этого чередования определяется
величиной запасов ингредиентов, необходимых организму для нахождения
144
Секция транспортно-технологических машин
в состоянии бодрствования и скоростью их расходования, и величиной запасов ингредиентов, необходимых организму для нахождения в состоянии
сна, за время которого происходит восстановление необходимого количества ингредиентов для бодрствования.
Весь многочисленный комплекс биохимических реакций, сопровождающих синтез и расщепление АТФ, активно регулируемый соответствующими
ингибиторами и катализаторами, в конечном итоге подчиняется закону действующих масс:
Закон действующих масс описывает закономерность скорости протекания химических реакций в зависимости от концентрации реагентов.
Для одностадийной гомогенной реакции a + b  c, этот закон может
быть выражен дифференциальным уравнением, отображающим изменение скорости химической реакции в зависимости от концентраций реагентов ca и cb:
dсa dсb

 kca cb ,
dt
dt
(1)
где ca и cb – концентрации веществ a и b, моль/л; k – коэффициент пропорциональности (константа скорости реакции)
Как видно из уравнения (1), скорость химической реакции пропорциональна концентрациям ингредиентов ca и cb.
Общий вид графика изменения скорости химических реакций в соответствии с уравнением (4.1) имеет вид, представленный на рис. 1.
V
Ca=Cb
0
t
Рис. 1. График изменения скорости химических
реакций
В процессе рабочего дня вероятность ошибок оператора изменяется в соответствии с графиком, представленным на рис. 2.
145
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
P, %
T
t2
t1
t3
Рис. 2. График изменения вероятности ошибок
оператора в течение рабочего дня
Как видно из графика на рис. 2, закономерность изменения вероятности
ошибок оператора содержит три периода:
1 – процесс уменьшения вероятности в начале рабочей смены, вызванный оперативной адаптацией оператора к трудовому процессу;
2 – процесс незначительного роста вероятности ошибок в связи с ростом
утомления;
3 – процесс роста вероятности ошибок в связи с сильным утомлением.
С учетом изложенного основной задачей разработчиков строительных
машин является обеспечение таких эргономических показателей этих машин, чтобы суммарное время периодов t1 и t2 было бы больше времени рабочей смены.
Для определения путей совершенствования эргономических показателей этих машин необходимо измерение времени восстановления функциональных сдвигов организма операторов, вызванных работой на этих машинах и выявления из них основных, определяющих вероятность ошибок.
Для таких исследований может быть использована специальная компьютерная программа «Loqis 2003.en».
С помощью этой программы строится гистограмма основных функциональных сдвигов оператора, как это покаано на рис. 3.
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 3. Гистограмма основных функциональных
сдвигов
146
Секция транспортно-технологических машин
Как видно из гистограммы 3, она содержит время восстановления восьми функциональных сдвигов, соответствующие определенным физиологическим параметрам организма оператора, например 1 – систолическое артериальное давление; 2 – диастолическое артериальное давление; 3 – тремор;
4 – реакцию на звук; 5 – реакцию на свет; 6 – частота сердечных сокращений; 7 – температура тела; 8 – выносливость.
Причем основными функциональными сдвигами являются систолическое и диастолическое артериальное давление. Это свидетельствует о работе с большим нервным напряжением.
Отсюда следует, что для существенного уменьшения вероятности ошибок оператора необходимо таким образом изменить эргономические показатели машины и ее рабочего места, а возможно, и технологии работ, чтобы уменьшить напряженность его работы.
Для этого в ряде случаев достаточно ограничить рабочую зону оператора, изменить условия ее освещения, обзорность и т. д.
Как показала практика, например при исследованиях карьерных экскаваторов, необходимые мероприятия для существенного улучшения условий
труда не требуют существенных изменений конструкций машин и больших
материальных затрат для их реализации.
Однако для правильного предварительного выбора строительных машин
для производства тех или иных работ необходимо введение в техническую
документацию этих машин сведений об их эргономических показателях,
что обеспечит возможность количественного сравнения строительных машин по их эргономическим характеристикам и выбор наиболее оптимальных для выполнения соответствующих работ.
УДК 621.192
аспирант Н. В. Понамарёв (СПбГАСУ),
студент А. В. Горшков (ПГУПС)
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ОПЕРАТИВНЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
УПРАВЛЯЮЩИХ ЭВМ
В настоящее время ЭВМ находят широкое применение в управляющих
системах дорожного транспорта, строительно-дорожных машинах и других
приложениях. Использование вычислительной техники в ответственных
приложениях обуславливает предъявление повышенных требований к на147
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
дежности функционирования таких ЭВМ. Соответственно, такие же требования предъявляются и к функциональным узлам, в том числе к оперативным запоминающим устройствам (ОЗУ), которые являются одними из ключевых элементов ЭВМ.
Повышение надежности ОЗУ на этапе производства достигается путем
проведения испытаний микросхем памяти в жестких условиях, оптимизацией структуры, режимов работы и конструкции запоминающих устройств.
Улучшение характеристик надежности в процессе эксплуатации достигается путем введения избыточности [1].
К основным способам введения избыточности можно отнести структурное, временное и информационное резервирования [2]. В настоящее время,
наибольшее распространение получило информационное резервирование
– способ повышения надежности путем введения избыточной информации
в данные, предназначенные для хранения в ОЗУ. В основе информационного резервирования лежат контроль по модулю для обнаружения ошибок
и избыточное кодирование данных для исправления ошибок.
Способ контроля по модулю заключается в определении контрольного
кода числа, представляющего собой остаток от деления суммы цифр числа
на модуль контроля. В современных запоминающих устройствах применяется контроль по модулю два [3]. В этом случае контроль по модулю представляет собой проверку на четность, и контрольный код, по сути, является информацией о четности или нечетности единиц и нулей в контролируемом слове. Контрольный код вычисляется кодером при записи данных
в память и сохраняется в памяти вместе с контролируемыми данными. При
считывании данных декодером вычисляется контрольный код для считанных данных. В случае возникновения ошибки в контролируемом слове,
значения контрольных кодов, вычисленных при записи и считывании данных, будут отличаться. Следует отметить, что при таком способе контроля
предполагается, что в каждом контролируемом слове присутствует не более одной ошибки, т.к. контроль по модулю два позволяет обнаруживать
ошибки только при их нечетном количестве [1].
Исправление ошибок в данных осуществляется с помощью корректирующих кодов. В основе данного способа лежит идея преобразования входных
записываемых данных в кодовую комбинацию, позволяющую однозначно
восстановить исходные данные при считывании. В качестве кода для исправления ошибок наиболее широко применяется код Хэмминга [2, 4].
Для корректирующего кода задается проверочная матрица, на основании
которой вычисляются проверочные символы для слова, записываемого в память. Проверочные символы заносятся в память вместе с разрядами исхо-
дного слова. При считывании данных вычисляется синдром ошибки, представляющий собой сумму по модулю два тех разрядов считанного слова, которые заданы в проверочной матрице. Ненулевое значение синдрома означает, что в данных присутствует ошибка. При этом сопоставление разрядов
синдрома со столбцами проверочной матрицы позволяет установить какой
из разрядов слова был изменен.
В современных запоминающих устройствах, предназначенных для использования в высоконадежных ЭВМ распространен способ обнаружения
и коррекции ошибок, подобный рассмотренному ранее. Отличие заключается
лишь в том, что все операции при кодировании и декодировании данных проводятся не над отдельными разрядами слова, а над парами разрядов [3]. Такие
пары состоят из смежных разрядов слова. Данный подход основан на предположении, что групповые ошибки, возникающие в слове данных, как правило, появляются под воздействием одних и тех же внешних факторов, а следовательно, велика вероятность, что измененные разряды расположены
рядом друг с другом. Такой способ позволяет сразу обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие одновременно в соседних разрядах слова.
Основным недостатком применения корректирующих кодов является
увеличение времени обращения к запоминающему устройству. Это связано
с тем, что при записи слова в память сначала вычисляется проверочный код,
а затем проводится запись данных. При считывании данных, перед передачей слова в шину данных проводится обнаружение и коррекция возникших
ошибок, что также приводит к уменьшению быстродействия.
В некоторых случаях, когда ошибки вызваны отказами ячеек памяти
и известно местоположение таких ячеек, такие ошибки могут быть исправлены введением относительно меньшей избыточности по сравнению с описанными выше способами. Такими кодами являются корректирующие коды
для исправления стираний и коды для исправления дефектов [2, 5].
Под стираниями понимаются ошибки, вызванные отказами элементов памяти, местоположение которых известно или может быть вычислено
в процессе считывания декодирующим устройством. Применение кодов для
исправления стираний позволяет существенно снизить вводимую избыточность. Кодирование данных с исправлением стираний позволяет записывать
слово в память за один цикл, а считывать за несколько циклов в случае обнаружения ошибки, или за один цикл, в случае ее отсутствия.
Кодирование данных с исправлением дефектов подразумевает, что местоположение и характер искажения дефектных ячеек памяти известны при
кодировании информации [5]. В таком случае уже запись слова осуществляется за несколько циклов, а считывание – за один.
148
149
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Очевидно, что для повышения быстродействия ОЗУ целесообразно применять комбинацию этих способов кодирования. Так, если при записи данных применять кодирование с исправлением стираний, а при считывании –
кодирование с исправлением дефектов, то и запись и считывание при таком
подходе можно проводить за один цикл. При этом способ кодирования задается при записи данных путем добавления логических «0» или «1» в контролируемое слово. Такой подход позволяет снизить вводимую избыточность
и обеспечить высокое быстродействие ОЗУ.
тельного рынка республики, на обеспечение жильем только этого населения
потребуется около 10 лет. В превышении спроса над предложением кроется основная причина дороговизны и непрерывного роста стоимости жилья.
С учетом перспектив развития республики и реализации крупных инвестиционных проектов возрастёт потребность в железобетонных изделиях как для нужд промышленности, так для жилищного и социального строительства. Сегодня для полного удовлетворения потребности в основных
строительных материалах пришлось бы построить сотни новых заводов,
пойти на огромные капиталовложения в развитие строительной индустрии.
Отказаться от строительства новых предприятий невозможно, однако это
не единственный путь, чтобы покончить с дефицитом строительных материалов. Необходимо осуществить техническое перевооружение или реконструкцию действующих предприятий – перевести их на ресурсосберегающие технологии, рационально организовать работы на стройплощадках, закладывать в проекты прогрессивные технологии, конструкции, материалы
и методы производства работ, навести порядок с транспортированием и хранением материалов. Если все это осуществить, то расход ресурсов, прежде
всего цемента, можно существенно сократить и практически ликвидировать
их дефицит.
Инвестиционным проектом предусматривается реконструкция и модернизация цеха железобетонных изделий Кызылского домостроительного
комбината (Кызылский ДСК). В настоящее время домостроительный комбинат находится в частично разрушенном состоянии, но имеет необходимые
производственные и административные площади.
Инертные материалы для производства железобетонных изделий: песок, щебень, гравий в республике имеются. Горнотехнические и гидрогеологические условия благоприятны для открытой разработки, как месторождений песка, так и гравия. Запасы их исследованы и утверждены.
Цемент и металл завозятся в республику из других регионов. В этой связи
ставится задача возродить индустрию строительных материалов, практически утраченную за годы реформ. Республика обладает большими запасами сырья для производства цемента, кирпича, вяжущих, тепло- шумоизоляционных материалов, щебня.
Строительство в России – один из самых актуальных вопросов на данный момент. Сейчас, когда спрос превышает предложение, страна испытывает сильную нехватку жилья. Основной причиной стал резкий спад строительства после распада СССР. На данный момент ситуация улучшается,
но всё таки наши строительные компании не имеют достаточного капитала для масштабного строительства. Для развития строительства необходимо
Литература
1. Bruce J., Spencer W., Wang D.T. Memory systems: cache, DRAM, disk. – Burlington,
2008.
2. Lin S., Costello D.J. Error control coding: fundamentals and applications. –
Englewood Cliffs, 1983.
3. Андреев В. П., Баранов В. В., Бекин Н. В. Полупроводниковые запоминающие
устройства и их применение. – М.: Радио и связь, 1981. – 344 с.
4. Горшков В.Н. Надежность оперативных запоминающих устройств ЭВМ. – Л.:
Энергоатомиздат, 1987. – 168 с.
5. Кузнецов А. В., Цыбаков Б. С. Кодирование в памяти с дефектными ячейками //
Проблемы передачи информации. – 1974. – Т. 10 – №. 2 – С. 52–60.
УДК 693.5:69
аспирант О. Р. Сагды (СПбГАСУ)
ПОТРЕБНОСИ В ЖБК РЕСПУБЛИКИ ТЫВА
В настоящее время одной из наиболее актуальных социально-экономических задач во всех регионах страны является массовое строительство
недорогого и в то же время отвечающего современным требованиям жилья.
В республике Тыва планируется ежегодный прирост строительства жилья
на 15–20%. В последние годы в республике осуществляется строительство
жилья в основном индивидуальным способом. В 2008 году из 33,102 тыс. м2
сданного в эксплуатацию жилья индивидуальными застройщиками за свой
счет и с помощью кредитов введено 28,1 тыс. м2 жилья, что составляет
84,9% от общего ввода, в 2009 году из 44,66 тыс. м2 уже 88,9% (39,72 тыс. м2)
введено индивидуальными застройщиками. Ввод жилья в расчете на 1 человека в год колеблется от 0,12 до 0,14 м2. В то время, только по г. Кызылу
состоит на учете для получения жилья 3655 семей, из них состоят на учете
10 лет и более 1517 семей. Исходя из существующих возможностей строи150
151
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
кроме финансового обеспечения материальное обеспечение, а оно непосредственно связано с производством строительных материалов. Уровень
и эффективность строительства также зависит от качества строительных
материалов. В этой связи в сфере производства строительных материалов, конструкций и изделий стоит задача обеспечения строительного рынка республики в необходимых объемах высококачественными строительными материалами, изделиями и конструкциями, способными конкурировать
с импортной продукцией, обеспечивать снижение стоимости строительства
и эксплуатационных затрат на содержание объектов и одновременно повышать комфортность проживания в жилых домах необходимой надежности
и долговечности.
Главным условием для решения жилищной проблемы в республике Тыва
является развитие базы строительной индустрии, промышленности местных строительных материалов, изделий и конструкций, прежде всего крупнопанельного домостроения в связи с необходимостью строительства жилых домов, ориентированных на население с низкими и средними доходами.
Таким образом, всю произведенную продукцию (железобетонные изделия
и конструкции) предполагается реализовывать внутри Республики Тыва для
строительства многоэтажного и малоэтажного жилья, объектов соцкультбыта.
(МКЭ). Этот аппарат позволяет существенно уточнить многие инженерные
аналитические методики. В современных условиях основным препятствием
на пути совершенствования инженерных расчетов является дефицит обоснованных исходных данных, характеризующих нагруженность конструкций, сопротивление усталости, трещиностойкость материалов, качество
изготовления и пр. Для преодоления этого дефицита требуются, с одной
стороны, активизация исследовательских работ по изучению указанных
параметров, а с другой совершенствование конструкций и технологий изготовления, обеспечивающие большую стабильность качества изделий,
предсказуемость свойств материалов, меньший разброс нагрузок и пр.
Термин «САПР для машиностроения» в нашей стране обычно используют в тех случаях, когда речь идет о пакетах программ, которые в англоязычной терминологии называются CAD/САМ/САЕ. Другими словами, эта программное обеспечение для автоматизированного проектирования и конструирования (CAD, computer aided design), подготовки производства (САМ,
computer aided manufacturing) и инженерного анализа (САЕ, computer aided
engineering). Существуют САПР и для других областей (разработки электронных приборов, строительного проектирования и т. п.).
Широкий спектр САD-программ предлагаемых различными разработчиками, как правило, вызывает у пользователя некоторое замешательство при
выборе того или иного программного продукта. В самом деле, чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать возможности всех предлагаемых
программ. А это практически невыполнимое условие. Но если вы имеете
точное представление о том, какие перед вами стоят задачи в настоящее время и какие предстоит решить в ближайшем будущем, то выбор программного обеспечения значительно упрощается. Чтобы помочь пользователю сделать выбор, рассмотрим классификацию существующих САПР.
По традиционной классификации все САПР подразделяют на три
уровня:
1. Нижний или легкий уровень – AutoCAD, CADdy, САОМЕСН
Desktop, MasterCAM, TFlexCAD, OmniCAD, Компас. Ценовой диапазон этих
САПР составляет 500-2000 долларов за программу на одном компьютере.
Программы данной категории служат для двумерного черчения, поэтому
их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые
и средние САПР.
2. Средний уровень – Solid Edge, SolidWorks, Autodesk Inventor, Cimatron,
Fоrm-Z, САD SolidMaster и все еще продолжающий развиваться Месhаnical
УДК 004.942
аспирант С. Б. Ламажап (СПбГАСУ)
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДОСТИЖЕНИЯ
ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
В настоящее время строительство развивается бурными темпами, на
улицах городов возводятся новые здания, в числе которых и уникальные высотные сооружения, и торговые комплексы, и административные здания,
и жилые многоэтажные дома. Разумеется, такого рода строительство просто невозможно представить без применения современных башенных кранов, поскольку именно от надежности и эффективности работы строительных башенных кранов напрямую зависят сроки проведения строительных
работ и качество готового строения.
За последние 10–20 лет в конструкторской практике вошли компьютерные технологии, которые решили проблему реализации сложных алгоритмов и предоставили расчетчику мощное средство анализа напряженнодеформированного состояния конструкций – метод конечных элементов
152
153
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Desktop, DesignSpace. Ценовой диапазон этих САПР составляет 2000–20000
долларов за программу на одном компьютере. Программы данной категории
позволяют не только исключить ошибки, возможные при проектировании
с помощью программ “нижнего” уровня, но и выполнить различные проверочные расчеты деталей и сборок вашего изделия, посчитать их массогабаритные характеристики и пр.
3. Верхний или тяжелый уровень – ADAMS, ANSYS, САTIА, EUCLID3,
Pro/ENGINEER, UniGraphics. Цена этих САПР составляет более 20000 долларов за программу на одном компьютере. Программы данной категории
позволяют реализовать проект сложного технического устройства, выполнить необходимые расчеты и проверки и получить на выходе конструкторскую, технологическую документацию и программы для станков с числовым программным управлением для изготовления деталей. Такие программы являются тяжеловесными и в ценовой категории.
Рассмотрим два примера.
1. Научно-технический центр «Автоматизированное Проектирование
Машин» (НТЦ АПМ) с 1992 г. специализируется на создании программного
обеспечения для проектно-конструкторской и технологической подготовки
производства в области машиностроения и строительства. Адрес: Московская
область, г. Королев, Октябрьский бульвар, 14; http://www.apm.ru.
В АРМ WinMachine входит комплекс модулей которые разделены на
4 группы (рис. 1, а). Рассмотрим, конечно-элементный анализ, (рисунок, б)
башенного крана Q 5015, который представляет собой стационарный кран
с неповоротной башней и балочной стрелой.
Модель металлоконструкции башенного крана (рисунок, в) в APM
Structure 3D была создана в соответствии со сборочными и деталировочными чертежами. После задания всех нагрузок по отдельным загружениям, были созданы 24 комбинации загружений (рисунок, г) в которые каждое
из загружений вошло с коэффициентом равным 1. Результаты расчета представлены для одной из таких комбинаций. Карта эквивалентных напряжений по Мизесу (рисунок, д).
Система APM Structure3D обладает широким спектром возможностей
по выводу результатов (рисунок, е). Цветные карты распределения напряжений и перемещений, внутренних усилий и коэффициентов запаса прочности позволяют очень точно и быстро определять наиболее опасные места в конструкции. Программа также обеспечивает возможность заглянуть
внутрь элементов и увидеть распределение возникающих внутренних силовых факторов. Для более полного представления результатов дана возможность строить эпюры различных силовых факторов на 3D модели конструк-
ции, выводить реакции в опорных точках, оценивать общие параметры, такие как масса, максимальные напряжения, перемещения, а также выводить
сводную таблицу расхода по элементам металлоконструкции.
154
а
б
в
г
д
е
Применение системы конечно-элементного расчета APM Structure3D
дает возможность осуществлять анализ различных конструктивных исполнений и вариантов нагружения и делать не только количественную, но
и качественную оценку несущей способности уже на этапе проектирования.
Имеющиеся в распоряжении инструменты позволяют вести проектирование на новом, современном уровне, что повышает оперативность работы
и существенно снижает издержки на проектирование.
Литература
1. Алямовский А. А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом
конечных элементов. – М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.: ил. (Серия проектирование).
2. Соколов С. А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин:
Учебное пособие. – СПб.: Политехника, 2005. – 426 с.: ил.
3. Чикулаев А. Конечно-элементный анализ металлоконструкции башенного крана в АРМ Structure3D. Режим доступа: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_
num=13887
4. Дударева Н. Ю. SolidWorks 2009 на примерах / Н. Ю. Дударева, С. А Загайко. –
СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 544 с.: ил. + CD-ROM.
155
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 629.331: 656.11 [351.811]
аспирант Ю. А. Лапшин,
студент С. С. Евтюков,
канд. техн. наук, доцент С. М. Грушецкий (СПбГАСУ)
ОБ ЭКСПЕРТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Исследование процесса столкновения транспортных средств (ТС) основывается на физической теории удара твердых тел. В теории удара в основном
занималась изучением следствия удара. Согласно исследованиям многочисленных авторов в настоящее время при определении кинематических, силовых и энергетических параметров столкновения объектов (времени контакта,
силы взаимодействия и т. п.) удовлетворительные результаты получают только в эксперименте и, возможны при исследовании реальных столкновений.
Известные модели физической теории удара не всегда позволяют получить
корректные результаты расчета при анализе ударного взаимодействия таких
сложных объектов, как транспортные средства.
При рассмотрении физической модели удар принимается как кратковременный процесс взаимодействия тел, протекающий с определенными кинематическими, силовыми и энергетическими взаимодействиями, величины
которых можно определить расчетом. В теоретической механике под ударом
понимается процесс взаимодействия тел, при котором за бесконечно малый
промежуток времени скорости меняются до конечного значения.
Исследовать столкновения ТС, в отличие от исследования удара однородных твердых тел, труднее. Дело в том, что ТС является анизотропным телом с различными физическими свойствами в разных сечениях. Кроме того,
оно состоит из множества элементов, деталей, узлов и агрегатов, имеющих
свою прочность, форму и материал на каждом из столкнувшихся ТС.
При столкновении автомобилей возникают упругие и пластические деформации. Их величина и характер зависят от относительной скорости, направления удара, жесткости конструкции, ее массы, плотности и упрочнения материалов из которых они выполнены, площади деформаций и других
факторов. Между напряжением и деформацией, скоростью и деформацией
и т. д. наблюдается нелинейный характер зависимостей при соударении автомобилей. При небольшой силе удара ТС ведут себя как упругие тела, при
значительном ударе возникают необратимые деформации (повреждения).
В обоих случаях при деформациях автомобилей возникают сложные волновые и тепловые процессы.
156
Секция транспортно-технологических машин
Основные факторы, влияющие на величину и время нарастания деформации, а также на количественные характеристики стадий столкновения ТС
(контакт, достижение максимальной деформации, выход из контакта, разлет), показаны на рис. 1, а виды основных затрат кинетической энергии при
столкновении транспортных средств показаны на рис. 2.
Оценочно определить величину, направление и характер влияния всех
факторов, а также их изменения во времени на основе последствий удара, практически возможно при использовании метода конечных элементов
и объемного многоэлементного моделирования с помощью 3D модели в экспериментальных компьютерных исследованиях.
Рис. 1. Обобщённые факторы влияния на характер деформации при столкновении ТС
Рис. 2. Виды основных затрат кинетической энергии
157
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
В связи с чем целесообразно отметить, что в экспертной практике при
анализе и реконструкции механизма контакта ТС по результатам расчетов
характеристик удара не рекомендуется давать категоричные выводы (выводы могут быть даны в интервале значений).
При реконструкции механизма столкновения необходимо выяснить динамические явления, протекающие в процессе удара, определить параметры, характерные для данного явления, по состоянию и положению ТС после столкновения. Для этого нужно установить потери кинетической энергии, возникшей при ударе двух автомобилей.
При упругом ударе на малой скорости происходит восстановление первоначальных форм металлических частей за счет накопившейся в них потенциальной энергии упругой деформации.
В упругопластических материалах, применяемых в ТС зона упругих деформаций ограничена. При превышении предела текучести после удара
в материале возникают пластические деформации. Пластмассовые элементы сразу разрушаются хрупко.
Методика оценки разрушений может быть основана на алгоритме Crash 3
и предназначена для определения доли затрат кинетической энергии (ДЕ) на
развитие деформаций и эквивалентной данным затратам скорость столкновения при реконструкции удара. Оценка производится на следующих специализированных программах: Crash 3, PC Crash 7.2, Big Sums Pro, Damage,
AR pro 7 и др., использующих расчет для определения затраченной на развитие деформаций энергии.
При столкновении ТС нам примерно известна величина деформации. По ней можно определить силу удара. Известно время изменения
скорости с момента начала удара до его конца по величине пластической деформации. По этому времени можно судить об ускорении (замедлении). Известна примерная масса каждого из столкнувшихся ТС.
Произведение массы на ускорение (замедление) даёт силу удара, которую можно сравнить с сопротивлением деформации. На основании изучения характера деформации и её величины можно судить о скорости
столкновения и о том какое ТС нанесло удар. Сопоставив данные выводы с показаниями очевидцев и свидетелей можно сделать предположение о виновнике столкновения ТС.
Литература
1. Евтюков С. А., Васильев Я. В. Экспертизы дорожно-транспортных происшествий. Справочник. – СПб.: Издательство ДНК, 2006. – 536 с.
158
Секция транспортно-технологических машин
УДК 69.002.5
д-р техн. наук, профессор С. В. Репин,
аспирант С. А. Крупин (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ЛИНИИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЖБИ
Анализ структурной надежности действующей технологической линии
является необходимым условием для выбора оптимальной стратегии технической эксплуатации и организации эффективной системы ТОиР.
Рассматривается одна из основных технологических линий на заводе ЖБИ № 4 ОАО «ПО «Баррикада» – линия по производству плит железобетонных предварительно напряженных для аэродромных покрытий ПАГ-14.
Производство плит ПАГ-14 осуществляется по агрегатно-поточной технологии
и располагается на третьем потоке формовочного цеха № 2 завода ЖБИ № 4.
Рассмотрим структурную схему технологической линии по производству дорожных плит ПАГ-14 (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема технологической линии
На основании анализа схемы технологической линии составим структурную схему надежности (рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема надежности
159
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Структурная схема надежности технологической линии по производству
дорожных плит ПАГ-14 является комбинированной и включает в себя последовательное и параллельное соединение элементов с нагруженным резервированием [1, стр. 29]. Так как элементы системы представляют собой
машины, которые могут функционировать самостоятельно, можно разбить
систему на независимые элементы и применить метод расчета структурной
надежности для комбинированных систем [2, стр. 191].
Вероятность безотказной работы представленной системы в течение
времени t описывается уравнением [1,30]:
Статистическая оценка коэффициента оперативной готовности i-того
элемента.
P(t)  P1(t)  P2(t)  P1(t)  P2 (t)  P3(t)  P4(t)  P3(t)  P4 (t) 
 P5(t)  P7(t)  P6(t)  P8(t)  P5(t)  P7(t)  P6(t)  P8(t)  P9(t)P10(t)P11(t)
где P1(t), P2(t), ..., P11(t) – вероятности безотказной работы элементов системы.
Вероятность безотказной работы i-того элемента системы описывается
экспоненциальным законом [3, стр. 160]:
Pi (t )  e
КОГ  K Г  Pi (t )
i
i
Основными исходными данными для расчета надежности элементов
системы является статистическая оценка по данным о количестве отказов
элементов системы, наработке между отказами, времени восстановления
из вахтенных и ремонтных журналов технологического и грузоподъемного оборудования. Также в качестве исходных данных используются циклограммы загрузки оборудования из технологической карты. На основании
анализа статистических данных строится график зависимости вероятности
безотказной работы системы от времени работы.
 λ i t
где λi – статистическая оценка параметра потока отказов i-того элемента
[1, стр. 226];
λi 
1
TOi
где T0 – статистическая оценка средней наработки на отказ i-того элеменi
та [1, стр. 227];
t
T0  i
i m
i
где T0 – суммарная наработка i-того элемента за время наблюдений;
i
mi – число отказов i-того элемента за время наблюдений;
Статистическая оценка коэффициента готовности i-того элемента [1,
стр. 227];
TO
i
KГ 
i TO  TВ
i
i
где TB – статистическая оценка среднего времени восстановления i-того
i
элемента.
160
Рис. 3. График зависимости вероятности безотказной работы системы
от времени работы
Вероятность безотказной работы P(t) представленной системы в течение времени t =16 часов равна 80,185 %. Коэффициент готовности системы
равен 0,88906. Коэффициент оперативной готовности системы линим будет равен при работе в течении одной рабочей смены с вероятностью более
80 %, в течении двух смен – более 70%, а в течении недели при двусменном
рабочем графике – более 20%. На основании полученных значений и зависимостей можно судить о том, что технологическая линия по производству
дорожных плит ПАГ-14 является системой с удовлетворительными показателями надежности.
161
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Литература
1. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-3. Надежность машин. Под общ. ред.
В. В. Клюева. – М.: Машиностроение. – 2003. – 592 с.
2. Проников А. С. Надежность машин. – М.: Машиностроение. – 1978. – 592 с.
3. Проников А. С. Параметрическая надежность машин. – М.: Изд-во МГТУ
им. Н. Э. Баумана. – 2002. – 560 с.
Секция транспортно-технологических машин
Холодные
бункера
Ленточный
конвейер
Сушильный
барабан
Горячий
элеватор
Весы
Сухой
пылевой
фильтр
Скиповый
транспортер
Силосы
Весы
Фильтр
Хранилище
битума
УДК 69.002.5
аспирант А. В. Фадеев (СПбГАСУ)
Смеситель
Дозатор
битума
Рис. 1. Структурная схема технологической линии
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА
АСФАЛЬТОБЕТОНА
Современная производственная база не позволяет ставить эксперименты
на своей основе. Основными причинами являются:
существенные материальные затраты;
немалые временные ресурсы при длительных экспериментах;
не всегда имеется доступ к отдельным частям системы;
стохастический характер поведения системы.
Для прогнозирования и исследования работоспособности технологической линии производства асфальтобетона необходима громадная статистика. Для её сбора потребуется время, за которое произойдет физический
износ установки, и проблема анализа не даст возможность развития проблеме синтеза и оптимизации системы эксплуатации и технического обслуживания. Для экспериментов и ускоренного сбора данных воспользуемся имитационной моделью.
Имитационное моделирование – это метод построения моделей, описывающих процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую
модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным
характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.
Технологическая линия по производству асфальтобетона – сложная динамическая система, состоящая из отдельных элементов, которые взаимодействуют между собой. При моделировании процесса необходимо учитывать особенности каждого элемента и его влияние на состояние системы
в целом.
162
Каждый элемент обладает своей вероятностной надежностью, закон распределения которой можно пронаблюдать из статистической оценки. Рассмотрим коэффициент готовности, а точнее его статистическую оценку:
Кˆ г 
Tˆ(t0 )
ˆ
T(t0 )  TˆВ
где Тˆ (t0 ) – средняя наработка на отказ в вероятностной форме,
TˆB – среднее время восстановления элемента при вероятностной оценке.
Tˆ(t0 ) 
t0
M [m(t0 )]
где M [m(t0 )] – математическое ожидание числа отказов за это время,
t0 – суммарная наработка элемента за данное время.

TˆB   PB(t)dt
0
где PB(t) – вероятность восстановления за заданное время.
Решив задачу анализа надежности каждого элемента, получим закон распределения числа отказов, согласно которому будут описываться стохастические процессы имитационной модели.
Как видно из структурной схемы процесс можно разделить на 3 основных канала: канал сухого материала, канал битума и канал перемешивания. На рис. 2 представлена блок-схема рабочего процесса, реализованная
в программном продукте MATLAB, пакете расширений Simulink, где входы – блоки задания начальных значений, а выход – визуализация выбранного параметра надежности системы.
163
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Как видно из графиков аналитическая оценка коэффициента готовности не дает возможности адекватно воспринимать результаты исследования.
При использовании имитационной модели результаты приближены к статистическим (реальным).
Предложенная модель позволяет получить ряд параметров, характеризующих надежность установки, на примере коэффициента готовности.
Следует отметить, что вероятностный характер моделирования позволяет
максимально приблизиться к условиям реального исхода событий.
Рис. 2. Блок-схема рабочего процесса в обозначениях Simulink
Так же существует возможность на выходе получить массив значений,
соответствующих каждому отрезку времени. Имитация производилась
на отрезке времени равному половине сезона (16 недель).
На риc. 3 представлены результаты 3 моделей:
1. Аналитической, полученной путем решения аналитических уравнений;
2. Реальной, статистическая оценка системы;
3. Имитационная, вероятностная оценка с учетом стохастических процессов.
Литература
1. Лазарев Ю. Mоделирование процессов и систем в Matlab. Учебный курс.
СПб.: Питер, 2005.
2. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-3. Надежность машин. Под. общ. ред.
В. В. Клюева – М.: Машиностроение, 2003.
3. Таха, Хемди А. – Введение в исследование операций. – М.: Изд-во «Вильямс»,
2005.
УДК 691
д-р техн. наук, профессор С. А. Евтюков,
аспирант Е. Ю. Матюсова (СПбГАСУ)
ПОДБОР EPS-БЛОКОВ ОПТИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЛЕГЧЕННЫХ НАСЫПЕЙ
Рис. 3. Оценки коэффициента готовности системы
164
Известно, что с увеличением глубины приложенное вертикальное
напряжение под дорожной одеждой и под откосами насыпи уменьшается (рисунок), что приводит к идее возможности использования в насыпи блоков различной плотности: например, менее плотных блоков
в нижней части насыпи или в откосах и более плотных – в верхней, т. е.
непосредственно под дорожной одеждой, что позволит удешевить конструкцию.
В Великобритании практиковалось использование в поперечном сечении дорожной насыпи EPS-блоков трех или четырех различных плотностей. Однако по технологическим соображениям лучше применять
в рамках одного проекта EPS-блоки не более двух разных плотностей.
Возможный диапазон плотностей EPS находится в пределах 10–100 кг/м3,
хотя на практике, в облегченных насыпях, этот диапазон сужается примерно, до 16–32 кг/м3. [1]
165
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Замену следует проводить до нарушения устойчивости. Если при подходе к верхнему слою насыпи с максимальной плотностью, устойчивость нарушена не будет, для шага 1 принимаем плотность (m–1) кг/м3 и повторяем
действия 2-4.
Схематичное изображение распределения напряжений в теле насыпи от воздействия колес транспортных средств.
Для оптимального подбора блоков предлагается выполнить следующий
алгоритм:
1. Формируем начальную конфигурацию из слоев с максимальной плотностью (32 кг/м3).
2. Производим замену нижнего слоя с максимальной плотностью m
на слой с плотностью (m–1) (31 кг/м3).
3. Проверяем несущую способность насыпи
4. Если устойчивость насыпи не нарушена, заменяем следующий слой на
слой с плотностью (m–1) (31 кг/м3) и снова проверяем устойчивость насыпи.
Завершением алгоритма будет считаться получение насыпи с минимально необходимой прочностью. Что будет соответствовать оптимальному соотношению блоков в насыпи.
Далее необходимо выполнить расчет напряжений в теле насыпи, с учетом
полученной схемы расположения блоков, и по найденным для ряда точек напряжениям σz, построить линии одинаковых сжимающих напряжений. Если
изобары не будут выходить за пределы части насыпи, располагающейся под
дорожной одеждой, то появится возможность применить вертикальную насыпь, что приведет к удешевлению проекта.
Литература
1. Евтюков С. А., Медрес Е. П., Рябинин Г. А., Спектор А. Г. Строительство, расчет и проектирование облегченных насыпей: – СПб, 2009, с. 184.
УДК [621.87:62-503.56]
ст. преподаватель А. В. Зазыкин,
аспирант Н-Д. К. Ховалыг (СПбГАСУ)
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПАРКА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА
ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
Парк строительных машин (ПСМ) строительного предприятия — это совокупность машин, для механизации выполнения строительно-монтажных
работ с максимальной эффективностью. В условиях изменения выполняе-
166
167
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
мых работ, динамичности условий существования предприятия, ПСМ претерпевает значительные изменения.
Для описания этих изменений предпринята попытка применить теорию
стадий жизненного цикла объектов к ПСМ.
Под жизненным циклом (ЖЦ) парка строительных машин будем понимать промежуток времени от начала его формирования до частичной или
полной ликвидации. В процессе жизненного цикла ПСМ возможна смена
владельцев предприятия, перепрофилирование его деятельности и другие
изменения.
При описании развития ПСМ рассматриваем следующие стадии жизненного цикла:
− формирование, на котором создаются производственные мощности предприятия для выполнения объёма работ или производственной программы;
− развитие, связанное с наращиванием производственных мощностей,
обусловленных увеличением объёма выполняемых работ, вследствие чего
происходит расширение ПСМ за счёт (покупки новой техники СМ, покупки
поддержанной техники СНН, лизинг новой техники, лизинг поддержанной
техники, аренды, проката, модернизации) строительной техники;
− адаптация, при которой ПСМ перестраивается на выполнение других
видов сложных технологических, строительно-монтажных работ;
− ликвидация, когда ПСМ распродаётся по остаточной стоимости.
Возможные сценарии развития ПСМ представлены на рис. 1
ные, бульдозерные, скреперные; монтажные, подъёмные и др.). При выборе типоразмеров и количества единиц строительной техники определяется
фонд времени работы и объём выполняемых работ.
Развития ПСМ
Формирования ПСМ
ɉɥɚɧɢɪɭɟɦɵɣ ɝɨɞɨɜɨɣ
ɨɛɴɺɦ ɪɚɛɨɬ, Vɝɨɞ
Ɂɚɦɟɧɚ
ɭɫɬɚɪɟɜɲɟɣ
ɬɟɯɧɢɤɢ
ɋɩɢɫɚɧɢɟ
ɬɟɯɧɢɤɢ
Ɉɛɦɟɧɧɵɣ
ɮɨɧɞ Ɂɑ
ɂɫɯɨɞɧɵɣ ɩɚɪɤ
ɫɬɪɨɢɬɟɥɶɧɵɯ ɦɚɲɢɧ,
ɏɢɫɯ
ɋɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɟɬ ɤ
ɜɵɩɨɥɧɟɧɢɸ ɪɚɛɨɬ
Ɇɮ=Ɇɩɨɬɪ
ɇɟ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɟɬ ɤ
ɜɵɩɨɥɧɟɧɢɸ ɪɚɛɨɬ
Ɇɮ>Ɇɩɨɬɪ,
Ɇɮ<Ɇɩɨɬɪ
ɉɪɨɢɡɜɨɞɢɬɟɥɶɧɨɟ
ɋɬɪɭɤɬɭɪɧɨɟ
Ɇɨɞɟɪɧɢɡɚɰɢɹ,
ɤɚɩɢɬɚɥɶɧɵɣ
ɪɟɦɨɧɬ
ɍɜɟɥɢɱɟɧɢɟ
ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚ
ɡɚɝɪɭɡɤɢ, ɮɨɧɞɚ
ɜɪɟɦɟɧɢ ɬɟɯɧɢɤɢ
Ɍɢɩɨɪɚɡɦɟɪɧɨɟ
ɉɪɢɜɥɟɱɟɧɢɹ ɢɥɢ
ɩɪɢɨɛɪɟɬɟɧɢɹ
ɬɟɯɧɢɤɢ
ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɯ
ɬɢɩɨɪɚɡɦɟɪɨɜ
ɉɪɢɨɛɪɟɬɟɧɢɟ
ɋɦ, ɥɢɡɢɧɝ
ɉɪɢɨɛɪɟɬɟɧɢɟ
ɧɚ ɜɬɨɪɢɱɧɨɦ
ɪɵɧɤɟ, ɋɧɧ
ɉɪɨɤɚɬ, ɚɪɟɧɞɚ
ɬɟɯɧɢɤɢ
Ɉɪɝɚɧɢɡɚɰɢɨɧɧɵɟ
ɡɚɬɪɚɬɵ (Ɂɨɪɝ.)
Ⱦɨɩɨɥɧɢɬɟɥɶɧɵɟ
ɡɚɬɪɚɬɵ (Ɂɞɨɩ) ɧɚ
ɩɚɪɤ ɦɚɲɢɧ
ɂɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɟ
ɬɟɯɧɢɤɢ ɛɨɥɶɲɢɯ
ɬɢɩɨɪɚɡɦɟɪɨɜ
ɇɨɜɨɟ
ɨɩɬɢɦɚɥɶɧɨɟ
ɫɨɫɬɨɹɧɢɹ ɉɋɆ,
ɏɨɩɬ
Адаптация ПСМ
Рис. 2. Варианты формирования ПСМ
Адаптация ПСМ
Расчет ведется по формуле
Ликвидация ПСМ
Частичная
Полная
Рис. 1. Сценарий развития ПСМ
Стадия формирования ПСМ предусматривает создание производственных мощностей для организации выполнения производственной программы и объёмов работ.
Декомпозиция работ предусматривает выделение видов и типов работ
для соответствующего вида строительной техники (земляные: экскаватор168
Х потр ,i 
Vгод
Т год,i
(1)
где Xпотр,i – потребное число единиц строительной техники i-го типоразмера; Vгод – годовой объём группы работ определённого вида и типа; Tгод,i – годовой фонд времени работы техники i-го типоразмера, определяемый из зависимости Т год,i  Д  tсм  K см (где Д – число рабочих дней в году, tсм – продолжительность смены); Ксм – коэффициент сменности.
Для стадии формирования такой задачей является создание ПСМ, способного выполнить заданный объём работ при различных ограничениях.
169
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
эксплуатационная производительность единицы строительной техники i-го
типоразмера; Vгод,i – годовой объём работ i-й группы, выполняемого парком.
Обозначив относительное увеличение ПСМ, обусловленное необходимостью выполнить объём работ через Км определим потребность в дополнительных строительных техниках ΔXпотр,i i-го типоразмера из выражения:
Структура парка строительных машин
(по состоянию на 01.01.2009г
Экскаваторы
одноковшовые
25%
Прочная
техника 36%
Скреперы 2%
Х потр ,i  ((Vгод,i  ( K м  1)) / (Т год,i  Пср ,i  К пр )
Бульдозеры на
тракторах 30%
где Кпр – коэффициент повышения производительности вводимого в парк
машин по отношению к парку машин, откуда:
Х потр ,i  ( Х исх ,i  ( K м  1)) / К пр )
Погрузчики
колесные 8%
Краны на
автомобильном
ходу 19%
(4)
Для удобства дальнейших расчётов введём относительный коэффициент
увеличения численности парка машин КN определяемый из зависимости:
Автогрейдеры 16%
Потребность в землеройной технике
Количество,
единиц
(3)
KN 
400
Х потр ,i
Х исх ,i
(5)
350
300
Отсюда получаем зависимость K N 
250
200
100
50
0
Бульдозеры на Автогрейдеры Погрузчики
тракторах
колесные
Фактическое наличие
ИТОГО:
Зmax  Х потр ,i  С м  K S
Расчетная потребность
Рис. 3. Структура ПСМ и потребность в землеройной технике
На стадии развития ПСМ – основным становится обеспечение роста
производственной мощности путём расширения или обновления ПСМ.
Стадия развития соответствует ситуации, когда возникает потребность в увеличении или в расширении объёма выполняемых строительномонтажных работ.
Годовой объём работ i-й группы, который мог выполнить, ПСМ в исходном состоянии составляет:
Vгод,i = Xисх,i × Tгод × Пср
(2)
где Xисх,i – количество единиц строительных техники i-го типоразмера
в исходном парке; Tгод – годовой фонд времени работы машин; Пср,i – средняя
170
К пр .
Наиболее распространённым ограничением реализации этого способа
повышения производственной мощности парка Mпарк, является ограниченность затрат, которые могут быть выделены на приобретение новой строительной техники. Наибольшие затраты Зmax, которые могут быть выделены
на приобретение новой строительной техники подчиняются зависимости
150
Экскаваторы
одноковшовые
Км 1
(6)
где КS – коэффициент превышения стоимости приобретаемой строительной
техники по отношению к стоимости техники, находящегося в парке.
Для стадии адаптации ПСМ актуальным становится расширение производственных возможностей ПСМ.
Стадия адаптации характеризуется расширением, увеличением или
освоением новых видов строительно-монтажных работ, что требует приведение ПСМ в соответствие с иными условиями выполняемых работ.
При этом могут возникнуть трудности, связанные с тем, что в существующем парке строительная техника не может быть использовано для выполнения работ по типоразмеру, ПСМ нуждается в пополнении.
Пополнение достигается:
– Заменой физически и морально устаревшей строительной техники на
зам
новое или совершенное, при этом производственная мощность М парк
:
171
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
расш.
М парк
  (( Х
исх, i
П
)  (Х  K ))  Т
К
ср, i
i р
год, i исп
исх, i
 Х )  П )  Х  K
) Т
К
i
ср, i
i рм, i
год, i исп
172
400
200
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
0
Годы
Рис. 3. Результат анализа и прогнозирование динамики развития ПСМ
(10)
Расширение ПСМ означает согласования производственной мощности
парка с объёмом выполняемых работ, а также для освоения новых видов
сложных технологических работ. При этом изменяется состав парка строительных машин. Производственная мощность ПСМ изменяется не только
количественно, но и качественно.
– Модернизацией (или капитальным ремонтом) части машин, используемой в ПСМ:
мод ,кр
М парк
  ((( Х
Пессимистичный
сценарий
600
(9)
Затраты на расширение ПСМ:
расш
Зпарк
  Х i  Cср  К si
Базовый сценарий
800
1998
где Кsi − коэффициент повышения стоимости новой машины по сравнению со стоимостью машин в парке; Cср – средняя стоимость машин в парке,
тыс. руб.
При замене физически устаревшей строительной техники на новое, состав и производственная мощность не меняются, а возрастная структура
ПСМ поддерживается на некотором уровне.
– Расширением ПСМ за счет новой техники:
1000
1997
(8)
Оптимистичный
сценарий
1200
1995
 Х  C
i
ср
Общая потребность в строительной технике
1400
1990
К
si
(12)
где, Кsм,i − коэффициент повышения стоимости модернизированной (ремонтированной) машины.
Модернизация (или капитальный ремонт) позволяет свести к минимуму потребность в инвестициях и удлинить срок службы отдельных единиц техники.
1986
зам
Зпарк
  Х  C
iср
мод ,кр
Зпарк
  Х i × Cср × (Кsм,i – 1)
1981
где, Xисх,i – количество строительной техники i-го типоразмера в парке, единиц; ΔXi − количество техники i-го типоразмера, списанных из парка и введенных в парк; Пср,i – средняя эксплуатационная производительность машин
i-го типоразмера в парке; Кр − коэффициент повышения производительности новой машины, вводимого в парк, по отношению к средней производительности машин парке; Кисп − коэффициент использования машин i-ого
типоразмера; Tгод,i – годовой фонд времени техники i-го типоразмера при
зам
односменной работе (в маш.-часах); М парк
− мощность ПСМ при замене
физически и морально устаревшей строительной техники на новое или совершенное;
Затраты на замену физически и морально устаревшей техники на новое:
где, Крм,i − коэффициент повышения производительности модернизированной (ремонтированной) машины.
Затраты на модернизацию (или капитальный ремонт):
1976
(7)
Всего, единиц
М зам   ((( Х исх,i Х i )  П )  Х  K )  Т
К
парк
ср,i
i
р
год,i
исп
Секция транспортно-технологических машин
(11)
Стадия ликвидации ПСМ характеризуется рыночной стоимости продаваемого ПСМ.
Задача может состоять в том, чтобы распродать частично или полностью
ПСМ в максимально выгодно, его стоимость соответствует ликвидационной стоимости Sликв которая определяется из зависимости
Sликв = Xисх,i × Cост × Кликв
(13)
где Кликв — коэффициент, учитывающий снижение стоимости при ускоренной продаже; Сост — остаточная стоимость, руб.
При распродаже с обычным сроком эксплуатации, составляющей для
строительной техники от 7 до 12 годов, стоимость ПСМ будет соответствовать его рыночной стоимости.
173
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Выводы
Основная задача методики заключается в анализе и оценке ПСМ на основе жизненного цикла.
ЖЦ ПСМ предусматривает анализ технологической, типоразмерной
и возрастной структуры, в оценке технического состояния ПСМ, уровня организации технического обслуживания. Также производится расчет производственных показателей строительной техники и ПСМ в целом, то есть
оценивается мощность действующего ПСМ и её динамика в процессе износа техники.
При этом можно оптимизировать ПСМ по возрастному составу, предлагая, таким образом, несколько вариантов решений в зависимости от поставленных задач (замены, модернизации, приобретения нового, вывода из эксплуатации отслужившего срока машин).
ложений – неравномерность действия движителей ТС на различные участки дороги, что приводит к возникновению характерных зон [2]. Зональность
(колейность) оказывает существенное влияние на процесс удаления снежноледовых образований с поверхности дорог.
Энергоемкость снегоочистки существенно зависит от зональности снежного покрова [3] (рис. 1). Амплитуда колебаний толщины снежного покрова
в разы увеличивает силу резания (рис. 2) [3].
Основное влияние на формирование зональности на дорожном полотне оказывает транспортный поток. Он крайне неоднороден, транспортные
средства движутся хаотично, взаимодействуя с опорной поверхностью.
Исследованию вариации параметров транспортного потока посвящены работы Врубеля Ю.А., Клинковштейна Г.И., Коноплянко В.И., Хомяка Я.В.,
Афанасьева М.Б., Сытника В.Н., Смирнова С.И., Романова А.Г., Самойлова Д.С., Юдина В.А. и др., выбравших основной целью более детальное рассмотрение изменений величин по длине покрытия, при этом в тени остались
процессы, происходящие в поперечном направлении. Авторами статьи проведено широкое статистическое исследование потоков на дорогах Нижнего
Новгорода и Нижегородской области, отличающихся шириной проезжей части, количеством полос движения, средней скоростью движения, интенсивностью движения, геометрическими параметрами транспортных средств.
В данном исследовании применялся метод прямого наблюдения. В процессе
сбора материала для обработки использовались данные полученные при помощи стационарных камер видеонаблюдения интернет-портала Doroga TV.
Образцы распределения транспортных средств по дорожному полотну представлены на рисунке (рис. 3). В общем виде ширина колеи на дорогах определяется как разница между внешними габаритами колес самых ширококолейных транспортных средств, движущихся по рассматриваемой полосе (для
большегрузных автомобилей с прицепами типа КамАЗ, КрАЗ, МАЗ), эта величина составляет – 2500 мм, такую же величину имеют и междугородние автобусы и городские автобусы большого класса (таких как ПАЗ 32054, ЛиАЗ5256 и т. п.). Минимальный размер колеи определяется внутренними габаритами колес самых узкоколейных транспортных средств на рассматриваемой
дороге (для автомобилей «Ока» – 1100 мм, для Daewoo Tico –1000 мм). К каждому из полученных размеров необходимо добавить величину динамического коридора (размер, на который автомобиль отклоняется во время движения
по заданной траектории вследствие угловых и поперечных колебаний подрессоренных масс, влияния ветра, наличия люфтов в рулевом механизме и т. д.).
Величина этого параметра определяется по формуле [4]:
УДК 629.113
Е. Г. Денисенко, Ю. И. Молев,
В. А. Шапкин (ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический
университет им. Р. Е. Алексеева»)
ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ ПО ШИРИНЕ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНЕГООЧИСТКИ
Поддержание автомобильных дорог в надлежащем эксплуатационном состоянии – это сложная задача, от успешности решения которой зависит безопасность дорожного движения. По данным ГИДББ РФ за январь 2011 года
в Нижегородской области 30,7% произошедших дорожно-транспортных
происшествий (ДТП) являются следствием неудовлетворительного состояния улиц и дорог, большинство из них происходит по причине низких сцепных качеств покрытия [1]. Особенно сложным, с точки зрения обеспечения
удовлетворительного значения коэффициента сцепления, является зимний
период. Из вышесказанного следует, что цель зимнего содержания дорог, заключающаяся в обеспечении безопасности дорожного движения и проходимости транспортных средств (ТС), сводится к улучшению сцепных качеств
дороги путем удаления снега и льда с покрытия. Основную трудность реализации снегоуборочных мероприятий представляет метаморфизм снега.
Один из факторов, существенно влияющих на свойства снежно-ледовых от174
175
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
610
3
410
3
210
3
Секция транспортно-технологических машин
а)
б)
P1( b )
P( b )
0
0.6
1.2
1.8
2.4
3
3.6
4.2
4.8
5.4
Рис. 3. Распределение транспортного потока: а – без снежного покрова;
б – при наличии снежного покрова
6
b
 ДК  1,4  10 3V A LTC ,
Рис. 1. Изменение величины усилия резания по ширине резца (b,м):
P(b) – усилие резания при постоянной высоте снежного покрова, Н;
P1(b) – усилие резания с учетом зональности снежного покрова, Н
где LТС – габаритная длина транспортного средства; VA – скорость автомобиля. В результате проведенных измерений и расчетов был выявлен характер влияния вышеперечисленных факторов на формирование колеи. Полученные данные можно аппроксимировать зависимостью представленной на
рисунке (рис. 4). Приведенные графики показывают:
при отсутствии затрудненного движения на дорогах в зимний период водители предпочитают движение ближе к центру, вследствие наличия
на обочинах и крайне правых полосах дополнительных препятствий (стоящие ТС, снежные валы и т. п.);
3
410
3
3.610
3
3.210
3
2.810
3
2.410
P1 ( A )
(1)
3
210
м
3
1.610
3
1.210
800
B, м
400
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
A
Рис. 2. Зависимость величины усилия резания от амплитуды колебаний
снежного покрова (А, м) для ширины отвала 4 м
176
Рис. 4. Изменение ширины следа колес ТС
по ширине дороги
177
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
при увеличении снежного покрова на дорожном полотне уменьшается
величина колебаний движения ТС в продольном направлении дороги;
при затрудненном движении колебаний движения ТС в продольном
направлении дороги практически не происходит и это не зависит от наличия снежного покрова на дорожном полотне, однако, при наличии на обочинах и крайних полосах дополнительных препятствий движение может смещать ближе к центру дороги.
Полученные данные позволяют более точно рассчитать параметры усилия резания уплотнённого снежного покрова с учётом его зональности
и выбирать оптимальную технологию уборки снега в зависимости от параметров транспортного потока.
Литература
1. Денисенко, Е. Г. Влияние зональности снежного покрова на величину силы резания / Е. Г. Денисенко, Ю. И. Молев // Безопасность транспортных средств в эксплуатации: материалы 71-й международной научно-технической конференции (12–13 октября 2010 г.) / НГТУ. – Н. Новгород. – С. 177–173.
2. Молев, Ю. И. Формирование зональности снежного покрова на поверхности автомобильных дорог / Ю. И. Молев, В. А. Шапкин, В. В. Беляков, А. М. Соколов // Известия
академии инженерных наук им. А. М. Прохорова. Транспортно-технологические машины и комплексы. – 2006. Т16. – С. 116–119.
3. Шапкин, В. А. Зимнее содержание дорог / В. А. Шапкин, И. О. Донато. –
Н. Новгород: ННПК. – 2004. – 400 с.
УДК 69.002.5
д-р техн. наук, профессор А. Н. Лялинов,
аспирант С. В. Кузаков (СПбГАСУ)
Спроецируем усилия на ортогональную систему координат. Проекции
сил на оси ортогональной системы координат:
Рассмотрим сдвиговые силы, возникающие в свежеотформованной бетонной смеси при вращении диска вокруг оси Z (рис. 1).
Запишем в векторной форме результирующее усилие заглаживания диском свежеотформованной бетонной смеси, вращающегося с определённой
угловой скоростью ω.
178
Определим векторную функцию, поясняющую её положение на рис. 2.
Рис. 2. Пояснение к определению векторной
функции
ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА БЕТОННОЙ
СМЕСИ ПРИ ЗАГЛАЖИВАНИИ




Fсум  Fm  F p  Fн
Рис. 1. Воздействие вращающегося диска на бетонную смесь:
Fm – тангенциальная сила, сдвигающая бетонную смесь;
Fр – радиальная сила, сдвигающая смесь от центра вращения диска;
Fн – нормальная сила давления диска на заглаживаемую среду;
Fсум – суммарное усилие воздействия на бетонную смесь
(1)
 


P  Fx   Fm  sin   Fp  cos 
 


Q  Fy  Fm  cos   Fp  sin 
 

R  Fz  Fн
(2)
Для удобства вычислений используем полярную систему координат и заменим тригонометрические функции на ортогональные переменные осей XYZ.
179
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция транспортно-технологических машин
Так как
Литература
1. Лурье А. И. Аналитическая механика. Государственное издательство физикомеханической литературы. М. – 1961. – 823 с.
2. Лунц Я. Л. Введение в теорию гироскопов. – М.: Наука. –1972. – 294 с.
3. Болотный А. В. Заглаживание бетонных поверхностей. – Л.: Стройиздат.
Л. О. – 1979. – 125 с.
x  r cos 
y  r sin 
r 2  x2  y2
y
 tg
x
(3)
то выражение (2) представим в виде, заменяя φ = α:
x
r
y
sin  
r
cos  
(4)
Здесь r, x, y – соответственно полярный радиус, абсцисса, ордината прямоугольной системы координат.
Подставляя формулы (3,4) в выражение (2), получаем векторную функцию Остроградского-Гаусса:






P x, y, z i  Q x, y, z  j  R x, y, z k   Fm  sin   Fp  cos   i 






     y  x 
 Fm  cos   Fp  sin   j  Fн  k    Fm   Fp    i 
r
r

  x  y   
  Fm   Fp    j  Fн  k
r
r

(5)
Определим вихревой поток свежеотформованной бетонной смеси под
плоскостью вращающегося диска – ротор a. Воспользовавшись символической формулой, имеем
i
d
dx
P
j
d
dy
Q
k
d
dR dQ
dR dP
dQ dP
  12 i

  13 j

  14 k


dz
dy dz
dx dz
dx dy
R
F
F
2F
 i 0  0   1 j 0  0   14 m  m  m
r
r
r
180
181
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
(В СТРОИТЕЛЬСТВЕ)
УДК 37.29.25
студентка Е. С. Тетёркина (СПбГАСУ)
РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ИНЖЕНЕРНЫЕ
ЛАВИНОТОРМОЗЯЩИЕ СООРУЖЕНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ
БЕЗОПАСНОСТЬ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ
Актуальность
Горы участвуют в бесконечном процессе круговорота воды в природе.
Они в виде снега накапливают, сохраняют и возвращают воду, работая как
один из аккумуляторов большого природного механизма. Снежные лавины
помогают горам в сохранении равновесия в кладовых, перемещая снежные
массы с помощью сил гравитации. Снежные лавины переносят не только
снег, но и обломки скал, деревьев и почву, иногда перерастая в более грозную опасность – сели, которые выглядят, как река из грязи, валунов и всего, что попадается на пути, Их грозный рев слышен за многие километры.
Сила, какой они обладают, способна сносить целые города.
Расчет динамических характеристик лавин является важнейшим звеном
оценки лавинной опасности территории, поскольку именно от них зависит
воздействие лавины на объекты и сооружения. В большинстве случаев при
оценке лавинной опасности территории фактические данные о динамических характеристиках лавин отсутствуют, поэтому и возникает необходимость в их расчете. Различные методики расчета этих характеристик дают
большой разброс значений, что связано с использованием эмпирических коэффициентов и несовершенством моделей движения лавин. Поэтому необходимость введения нового метода.
Цель исследования
Целью настоящей работы является разработка нового метода по расчету динамических нагрузок на инженерные лавинотормозящие сооружения,
обеспечивающие безопасность в горных районах.
182
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
Задачи исследования
Для решения поставленных целей решаются следующие задачи:
– анализ современных лавинотормозящих сооружений в Хибинах;
– анализ методики расчета динамических нагрузок на инженерные лавинотормозящие сооружения, используемая при отсутствии экспериментальных данных;
– разработка своей методики расчета динамических нагрузок на инженерные лавинотормозящие сооружения;
– сравнение методик с экспериментальными данными;
– оценка эффективности предложенной методики.
Хибины — горный массив на Кольском полуострове, в Мурманской области, расположенный на 150 км севернее Полярного круга, наиболее значительный по площади (около 1300 км²) и высоте (г. Юдычвумчорр (1208 м)).
В первые годы освоения Хибинских апатитово-нефелиновых месторождений строительство жилых, социальных и промышленных объектов проводилось без учёта угрозы, создаваемой снежными лавинами, недооценка которой стала очевидной после катастрофы 5 декабря 1935 года, когда двумя сошедшими подряд лавинами были снесены два дома в поселке
Кукисвумчорр. В связи с этим трест «Апатит» был поставлен перед необходимостью срочного проведения большого объёма работ по защите многочисленных объектов, расположенных в лавиноопасных зонах.
Сегодня в хибинах есть множество Инженерных противолавинных сооружений. Это и сооружения для изменения направления движения лавин.
К таким сооружениям относятся: лавинорезы, отбойные дамбы и направляющие стенки. Это и Каменно-набросные дамбы. А так же искусственное
укрепление снежного покрова на склонах гор. Но чаще всего сейчас используются лавинотормозящие сооружения. Для торможения или полной остановки лавин применяются земляные бугры, лавиногасители и отбойные
стенки. Для их проектировки используют расчеты методом представленным
в Указаниях по расчёту снеголавинных нагрузок при проектировании сооружений. По данной методике используется следующая формула расчета скорости лавины: ν = Кл 2gS
gS a sin   ffлë cos   , где КЛ – коэффициент, принимающий значение 0,5 для канализованных (лотковых) лавин и 0,3 для неканализованных лавин (осовов); α – средний угол наклона склона от наивысшей
точки отрыва по наибольшему уклону до точки, в которой уклон равен 23°
(точки начала торможения лавины), или до любой точки выше нее, ° (град);
fЛ – коэффициент трения, равный 0,2 при движении лавины по снежной поверхности и 0,25 при ее движении по грунту; Sα – длина пути лавины до точки расчета скорости лавины, но не ниже точки с уклоном 23°, м.
183
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
Как нам известно пока спускается лавина она собирает снег и поэтому
масса ее постоянно увеличивается и за счет этого тормозиться. Но в данной
формуле масса лавины остается постоянной, те константа. Поэтому встает необходимость разработки нового метода. Которая сейчас находиться
в разработке, которую я представлю на дипломной защите и постараюсь доказать, что она эффективней и экономичней, чем та, которую используют
сейчас.
Литература
1. СН02–73 «Указания по расчёту снеголавинных нагрузок при проектировании
сооружений». Утв. Главгидрометслужбой (июнь 1972 г.), МПС СССР (октябрь 1972 г.),
Минтрансстроем СССР (декабрь 1972 г.), Минавтодором РСФСР (июль 1972 г.).
Согласованы с Госстроем СССР (сентябрь 1973 г.).
2. Зюзин, Ю. Л. Суровый лик Хибин. Рекламная полиграфия, Мурманск, 2006,
236–245 с.
3. Храмов, Г. Н. Опасные природные процессы. Учебное пособие. – СПб.:
СПбГПУ. – 2002. – 182 с.
УДК 699.81
студентка М. И. Зайцева (СПбГАСУ)
ИСПЫТАНИЕ ПЛАМЯВОЛНОГАСЯЩЕЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ
КОНСТРУКЦИИ В ПОМЕЩЕНИЯХ С ОПАСНЫМИ
ГАЗОВЫМИ СРЕДАМИ
В помещениях с опасными газовыми средами большую опасность представляет случай, когда загазованное помещение соединяется через проём
с другим даже незагазованным помещением. В этом случае при аварии происходит двухстадийный взрыв. Максимальное давление в смежных помещениях может быть в несколько раз больше, чем при взрыве в одном изолированном помещении с проёмами наружу (рисунок).
На динамические характеристики внутреннего взрыва большое влияние
оказывает турбулизация свежей смеси, приводящая к увеличению нормальной скорости горения и резкому увеличению видимой скорости пламени.
Для предотвращения распространения пламени и ударной волны при
взрыве газа в соседнем помещении через проёмы и систему вентиляции
была разработана предохранительная конструкция с применением кристаллогидратов. Были выполнены три модели, имитирующие вентиляционную
трубу:
184
Фотография взрыва пропановоздушной смеси в смежных камерах
– первая модель имела диаметр трубы 300 мм, длина тубы 300 мм;
– вторая модель состояла из двух труб диаметром 300 мм и длиной
300мм каждая;
– третья модель трубы имела диаметр 300 мм и длину 600 мм.
Чтобы обеспечить эффективное срабатывание предохранительного
устройства для размещения кристаллогидратов были выбраны контейнеры из полиэтилена, т.к. начальная температура выделения воды из кристаллогидратов равна 70°, что совпадает с температурой испарения полиэтилена. Полное выделение воды из кристаллогидратов происходит при температуре 105°. Для эффективного использования тепла при экзотермической
реакции взрыва в зоне размещения контейнеров с кристаллогидратами поверхность ловушки была покрыта теплоотражающим материалом (фольгой). Контейнеры с кристаллогидратами располагались равномерно в четырёх секторах пламя – волногасящей «ловушки». При контакте контейнеров
с ударной волной полиэтиленовая оболочка мговенно испаряется обеспечивая контакт с кристалами. Расположение контенеров обеспечивает поглощение теплоты взрыва по внутренней окружности трубы и отрыв ударной
волны от ее стенок. Часть кристалов турбулентным потоком распределяются по фронту ударной волны, тем самым обеспечивая эндотермическую реакцию по всей её поверхности. Теплота взрыва уменьшается на величину
энергии поглощенной эндотермической реакцией, что при равных или близких соотношениях приводит с прекращению детонации и гашению пламени (при снижении температуры ниже температуры самовоспламенения для
С3Н8 = 450°С).
Расчет массы кристаллогидратов размещенных в контейнерах произведен из учета, что один грамм воды при испарении поглощает 630 калорий,
185
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
с коэффициентом запаса равным 1 и 2. Исходные данные для расчета взяты из паспорта на продукт – химическая формула вещества, массовая доля
основного вещества в процентах. Ударная волна моделировалась взрывом
на срезе трубы 100 грамм ТНТ. Фугасная расчетная теплота взрыва ТНТ без
оболочки 830 ккал/кг , максимальная 1288 ккал/кг, температура в плоскости
Чепмена-Жуге 3000° (для пропана С3Н8 – 2807°).
Модель №1: было использовано 1140 грамм кристаллогидратов , для модели №2 – 2280 грамм, для модели №3 – 2280 грамм. Проведение испытаний осуществлялось на испытательном полигоне на основе договора между
СПбГАСУ и войсковой частью.
В результате испытаний получены следующие результаты:
1. Экзотермическая реакция взрыва на фронте ударной волны при соприкосновении с контейнерами инициирует эндотермическую реакцию в кристаллогидратах в реальном масштабе времени взрывных процессов.
2. Кристалическая структура вещества, размеры кристалов обеспечивают максимальную площадь контакта и минимальное время нагрева до температуры, обеспечивающей полное испарение Н2О.
3. С учетом рассеивания и кратковременности контакта кристаллогидратов с фронтом ударной волны коэффициент избыточности(запаса) кристаллогидратов следует принимать равным от 1,5 до 2.
4. Пламя – волногасящая ловушка эффективно работает при соотношении длины ловушки к ее диаметру, как 1 к 1.5.
5. В результате испытаний получен эффект одновременного снижения
давления и температуры на фронте ударной волны, что является условием
прекращения взрыва и горения газовых сред.
ства и эксплуатации не возникало угрозы причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.
В последние годы отмечаются многочисленные факты внезапных обрушений жилых и общественных зданий и сооружений. Причина в каждом
конкретном случае своя, но есть категория аварий, которая выделяется в отдельную группу и относится к ограждающим конструкциям жилых зданий,
преимущественно недавно построенным.
По нашему мнению, такого рода аварии связаны с изменение строительных норм для теплотехнических свойств ограждающих конструкций, что
и породило множество проектных решений, для которых определяющим
стал экономический фактор. В результате в качестве теплоизоляционных
материалов для наружных стен стали применяться материалы, долговечность которых во много раз меньше, чем долговечность кирпичной кладки или железобетона. Кроме того, ряд конструктивных решений многослойных стен был заранее обречен на возникновение существенных дефектов
при эксплуатации, так как не учитывал климатических особенностей северных областей России и не тестировался на предмет комплексного расчета
на теплоизоляцию и влагоперенос.
Так, например, отсутствие в лицевом слое вертикальных деформационных швов приводит к образованию и раскрытию вертикальных трещин.
Трещины возникают преимущественно на углах здания и развиваются в вертикальном направлении.
Отсутствие или некачественное исполнение в лицевом слое горизонтальных деформационных швов приводит к разрушению кирпича лицевого слоя в уровне перекрытий.
Отсутствие деформационных швов в штукатурном слое при их наличии
в кирпичной кладке способствует отслоению штукатурки на торцах перекрытий, а также разрушению облицовки, если она выполнена.
Одной из причин этого является также отсутствие горизонтальных деформационных швов между плиткой и кладкой наружного слоя. Другой
причиной может являться размораживание плитки и клеящего раствора
вследствие увлажнения атмосферными осадками и конденсатом пара, поступающего из внутренних помещений.
Обрушение части кирпичной облицовки жилого дома по адресу проспект Наставников, 36, корпус 2, которое произошло 4 августа 2005 года, показало, что кроме объективных факторов, связанных с «неудачным» проектным решением, свою негативную роль сыграли и субъективные причины.
Литература
1. Андреев, С. Г. Физика Взрыва / С. Г. Андреев, А. В. Бабкин, Ф. А. Баум, Н. А. Имховик, И. Ф. Кобылкин, В. И. Колпаков, С. В. Ладов, Б. И. Шехтер, Л. П. Орленко. –
М.: ФИЗМАЛИТ, 2002.
УДК 624.1
студентка И. Ю. Смирнова (СПбГАСУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МНОГОСЛОЙНЫХ СТЕН СОВРЕМЕННЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Несущие строительные конструкции зданий и сооружений должны обладать такой прочностью и устойчивостью, чтобы в процессе строитель186
187
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
В результате расследования было установлено, что при строительстве
была нарушена технология производства работ, и имело место отступление от
требований проекта. Кладка облицовки на участке обрушения, с 3 по 5 этаж,
частично велась без монтажа несущего уголка. К тому же размеры уголка не
соответствовали проектным требованиям.
На сегодняшний день недостатки в конструировании слоистых стен многоэтажных зданий не ликвидированы, поскольку предлагаемые решения
по ремонту существующих конструкций, как правило, представляют собой страховочные мероприятия, способные лишь приостановить деструктивные процессы.
Для иллюстрации существующих методов ремонта фасадов можно привести работы, выполняемые специалистами ЛенСпецСму на жилом здании по адресу: С-Петербург, Серебристый бульвар, дом 21. Для предотвращения возможного обрушения облицовки и локализации дефектов было
выполнено анкерное крепление кладки к железобетонной стене с помощью
анкеров и накладок, а также проведена заделка трещин эластичными мастиками (рисунок).
Однако этот метод оказался не слишком эффективным, так как рост
трещин в наружной облицовке продолжается. А участки, требующие
закрепления анкерами появились в ранее неповрежденных конструкциях.
Таким образом, проводимые ЛенСпецСму мероприятия можно квалифицировать, как страховочные, поскольку процессы разрушения не были остановлены, а разрушающий фактор – не устранен. Если в качестве такого фактора выделить воздействие атмосферной влаги и температур, то можно сделать вывод, что единственным эффективным мероприятием является полная
изоляция фасада.
Для вновь проектируемых зданий требуется проведение серьезных
системных исследований по разработке технических и конструктивнотехнологических решений ограждающих конструкций и в первую
очередь, для конструкций из кирпича и ячеистобетонных изделий. Необходимо издание альбомов типовых решений, включающих конструктивный, теплотехнический и экономический разделы, а также рабочие чертежи конструкций наружных стен, узлов и деталей. Кроме того, должна
быть представлена широкая номенклатура специальных материалов: облицовочный кирпич; гибкие связи из нержавеющей стали, базальтового
и стеклянного волокна; заливочные безусадочные утеплители; плитные
утеплители определенной жесткости и конфигурации и специальные кладочные растворы.
Допущенные при проектировании и строительстве ошибки часто проявляются не сразу, а спустя довольно длительное время. В ряде случаев дефекты развиваются в течение нескольких лет после окончания строительства.
Поэтому, если качество работ по проектированию и возведению многослойных стен не улучшится, аварии зданий могут стать массовыми. Число их будет возрастать по мере увеличения объемов строительства.
Сквозные трещины в облицовке, заделанные мастикой,
и система анкеров, закрепляющая облицовку
188
Литература
1. Гроздов В. Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий
и сооружений», СПб., 2004 г.
2. Гроздов В. Т. Дефекты строительных конструкций и их последствия, СПб.,
1998 г.
3. Гроздов В. Т. Дефекты конструкций каменных зданий и методы их устранения, СПб., 1994 г.
4. Промежуточный отчет по НИР «Эксплуатация» – раздел 3 КНИР «Сосняк»,
этап 3 Анализ результатов технических обследований ограждающих конструкций
жилых зданий различных типов. НИЦ 26 ЦНИИ МО РФ, СПб., 2007 г.
189
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 656.073.436:620.261:614.75
студентка А. И. Харымова (СПбГАСУ)
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ
ОПАСНЫХ ГРУЗОВ
Перевозки опасных грузов – это один из наиболее сложных видов перевозок, требующих особой осторожности.
К опасным грузам относятся любые вещества, материалы, изделия, отходы производственной и иной деятельности, которые в силу присущих им
свойств и особенностей могут при их перевозке создавать угрозу для жизни и здоровья людей, нанести вред окружающей природной среде, привести
к повреждению или уничтожению материальных ценностей.
Подавляющее большинство опасных грузов по территории Российской
Федерации перевозится автомобильным и железнодорожным транспортом
(около 95% всех перевозок опасных грузов). Большая часть всех перевозимых опасных грузов сосредоточена в таких местах, где любая их утечка
или иная авария может привести к значительному материальному, экологическому ущербу или человеческим жертвам. Поэтому во всех развитых
странах разработаны строгие правила, направленные на обеспечение безопасности перевозок опасных веществ и снижение последствий возможных
аварийных ситуаций при их транспортировке. Более того, в связи с большим
количеством международных грузоперевозок и возможными глобальными
масштабами последствий аварий с опасными веществами, существуют различные международные соглашения, регулирующие такие перевозки. Надо
также отметить, что большинство международных перевозок опасных грузов регламентируется именно международными соглашениями и рекомендациями ООН, а в дополнение – документами тех стран, по территории которых осуществляется перевозка.
На территории Российской Федерации основные требования к организации перевозок опасных грузов определяются как международными соглашениями, нормами и стандартами, так и собственными законодательными
документами. На автомобильном транспорте это «Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом», утвержденные Министерством
транспорта России от 08.08.1995 №73.
Перевозка опасных грузов подлежит лицензированию в соответствии
с действующим законодательством Российской Федерации. Для перевозок некоторых опасных веществ требуется также специальное разрешение
Минтранса РФ.
190
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
Перевозка опасных грузов допускается при надлежащей охране и обязательно в сопровождении специально ответственного лица, знающего свойства опасных грузов и умеющего обращаться с ними.
Особое внимание уделяется маршруту, по которому следует груз. В некоторых случаях выбранный маршрут подлежит обязательному согласованию
с подразделениями ГАИ МВД России.
Еще более строгие требования устанавливаются в отношении условий проведения транспортировки. В первую очередь обращается внимание на систему информации об опасности: специальную окраску и надписи на транспортных средствах, информационные таблицы для обозначения
транспортных средств, аварийные карточки для определения мероприятий
по ликвидации аварий и их последствий и т. д. По их указаниям определяются мероприятия по ликвидации инцидента и его последствий.
Для ликвидации последствий аварий или инцидентов разрабатываются
планы действий в аварийной ситуации с вручением его водителю (сопровождающему) на каждую перевозку, выделяются аварийные бригады и организуется их подготовку.
Поскольку зачастую причиной инцидентов и аварий является человеческий фактор, усиленное внимание уделяется также водителям и другому персоналу, сопровождающему опасный груз. Водитель, выделяемый
для перевозки опасных грузов, обязан пройти специальную подготовку
или инструктаж. Он должен проходить медицинский осмотр при поступлении на работу и последующие медицинские осмотры в соответствии
с установленным графиком, а также предрейсовый медицинский контроль перед каждым рейсом по перевозке опасных грузов. К перевозке опасных грузов допускаются водители, имеющие непрерывный стаж
работы в качестве водителя транспортного средства данной категории
не менее трех лет и свидетельство о прохождении специальной подготовки по утвержденным программам для водителей, осуществляющих перевозку опасных грузов.
При управлении транспортным средством с опасным грузом водителю
запрещается выполнять ряд действий, как например: отклоняться от установленного и согласованного с ГАИ МВД России маршрута и мест стоянок,
а также превышать установленную скорость движения; резко трогать транспортное средство с места; резко тормозить; курить в транспортном средстве
во время дижения; оставлять транспортное средство без надзора.
Все нарушения во время перевозки опасных грузов фиксируют службы
ГИБДД и Ространснадзор при наблюдении и контроле транспортного потока и при проверке документов.
191
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Проблема заключается в том, что, по статистике катастроф, количество
ДТП растет в геометрической прогрессии. При нарушении Правил перевозок опасных грузов возможны более тяжелые последствия, особенно при
ДТП, которые могут привести к следующим видам поражений: механическим повреждениям, термическим, химическим и криогенным (холодовым)
ожогам, удушью, отравлениям, радиационным поражениям и инфекционным заболеваниям.
Основными видами нарушений, зафиксированных указанными службами, являются несоответствия Правилам перевозки опасных грузов, прежде
всего в части оформления документов, дающих право на перевозку опасных
грузов. Зафиксировано также курение в кабине автомобиля или использование открытого огня вблизи автомобиля с грузом, особенно на междугородных трассах.
Нарушения, допускаемые перевозчиком или грузовладельцами при
перевозке опасных грузов, считают риском в системе транспортировки,
поэтому весь процесс перевозки, начиная с подготовки опасного груза,
строго регламентирован и требует повышенного внимания и точнейшего исполнения. Любой инцидент, произошедший из-за нарушений в перевозке опасного груза, также может иметь различные последствия из-за
попадания опасного вещества в воздух, землю и воду. Поэтому перевозку опасных грузов в целях избежания рисков или уменьшения их отрицательных последствий можно доверять лишь специально обученным людям, которые знают, какие меры предосторожности, в каких случаях и как
надо применять. Необходимо помнить о защите здоровья людей, и сохрани экологической обстановки.
Литература
1. Европейское соглашение о международной дорожной перевозке опасных грузов (ДОПОГ) [Текст]: 30.09.57: ввод. в действие с 29.01.68
2. Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом [Текст]:
РД 03112194-1008-96: утв. М-вом транспорта Рос. Федерации 08.08.95 : ввод. в действие с 18.12.95. – СПб.: ДЕАН, 2002 г. – 144, [1] с.; 22 см – (Безопасность труда
России). – 3000 экз. – ISBN 5-93630-153-2,978-5-93630-754-6.
3. ГОСТ 19433-88. Грузы опасные. Классификация и маркировка [Текст]. –
Взамен ГОСТ 19433-81; введ. 1990-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 2004. – IV,
37 с.: ил.
4. ГОСТ 26319-84. Грузы опасные. Упаковка [Текст]. – Взамен ГОСТ 10.74-74;
введ. 1986-01-01. – М.: Стандартинформ, 2007. – IV, 27 с.: ил.
192
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
УДК 502/504
студентка В. Е. Фомина (СПбГАСУ)
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ АТТЕСТАЦИИ
РАБОЧИХ МЕСТ ПО УСЛОВИЯМ ТРУДА ДЛЯ ОЦЕНКИ
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ РИСКОВ
На сегодняшний день российские организации стремятся к выходу на
международный рынок. Их привлекают возможность создания репутации
на международном уровне, обмена опытом, технологиями, иностранные инвестиции. Но для выхода на международный рынок организациям необходимо соответствовать международным стандартам в области обеспечения
качества и безопасности труда. В 70–80-х г.г. прошлого века на западе проводились активные исследования в области обеспечения качества продукции. В ходе этих исследований было доказано, что невозможно произвести
качественный товар в неблагоприятных условиях труда. Требования к системе управления охраной труда в организации предъявляет международный стандарт OHSAS 18001:2007 «Системы менеджмента и охраны труда.
Требования».
Центральное понятие стандарта OHSAS 18001:2007 – профессиональный риск (ПР). Во введении к стандарту указано, что в нём содержатся требования к системе менеджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда (ОЗиОБТ), дающие возможность организации управлять рисками для здоровья и безопасности. Стандарт рекомендуется организациям,
в которых создаётся (или уже создана) система менеджмента ОЗиОБТ для
устранения или минимизации рисков для работников и других заинтересованных сторон, здоровье которых может подвергаться опасностям, связанным с осуществляемой ими деятельностью. Собственно, под управлением
риском понимается снижение существующего уровня ПР до приемлемого
и поддержание приемлемого уровня риска. Определения этих понятий представлены в стандарте в следующем виде:
Риск (risk) – комбинация вероятности возникновения опасного события
или воздействия(ий) и тяжести травмы или ухудшения состояния здоровья,
которые могут быть вызваны данным событием или воздействием(и).
Приемлемый риск (acceptable risk) – риск, сниженный до уровня, который может поддерживать организация, учитывая свои правовые обязательства и свою собственную политику в области ОЗиОБТ.
Для управления риском необходимо оценить его первоначальный уровень. «Управлять можно только тем, что можно измерить» (Основной прин193
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
цип Balanced Scorecard – Системы Сбалансированных Показателей, технологии, разработанной на основе выводов исследования, проведенного
в 1990 году профессорами Гарвардской школы экономики Дэвидом
Нортоном и Робертом Капланом). В стандарте даётся следующее определение: оценка риска (risk assessment) – процесс оценивания риска(ов), связанного с опасностью, принимающий во внимание полноту всех существующих средств управления и позволяющий решить вопрос о том, является ли
риск(и) приемлемым или нет.
Процесс оценки риска состоит из следующих этапов:
– оценка базового уровня риска, присущего этому виду деятельности
или ситуации, без учета существующих мер управления;
– анализ риска и выбор стратегии управления в зависимости от его уровня;
– оценка остаточного уровня риска, учитывающего риск деятельности
или ситуации, находящейся под контролем, измеряющего степень управления деятельностью или ситуацией;
– определение приемлемости остаточного уровня риска, т. е. того, снижен ли риск до уровня, при котором выполнение данного вида деятельности
позволит реализовать собственную политику в области ОЗиОБТ;
– разработка дополнительных мер управления риском, который признан
неприемлемым, или его устранение.
В организациях, сертифицированных по OHSAS 18001:2007, для оценки
уровня риска используют метод качественного анализа, экспертные оценки
составляющих риска по десятибалльной шкале.
Уровень базового риска в баллах определяют по формуле:
Сегодня предприятия, работающие по OHSAS 18001:2007 вынуждены
решать две параллельные задачи: оценивать ПР и проводить АРМ. Цель моего исследования – объединить эти действия.
Существующий алгоритм оценки условий труда на рабочих местах посредством проведения АРМ учитывает вредные факторы производственной
среды, воздействующие на работника, но не учитывает некоторые данные,
необходимые для оценки ПР. В своём исследовании, на основе сравнения
существующих методик оценки ПР, применяемых на предприятиях, сертифицированных по OHSAS 18001:2007, и анализа процесса проведения
АРМ, я разработаю мероприятия по улучшению существующего механизма
АРМ, необходимые для использования её результатов в оценке ПР.
Результатами исследования будут проекты реестра профессиональных
опасностей и рисков и карты аттестации рабочего места, учитывающие внесённые изменения.
Таким образом, от результатов АРМ (класс условий труда) можно будет
сразу перейти к значению ПР. Вместо реализации двух алгоритмов (оценка ПР для сертификации по OHSAS 18001:2007 и оценка фактических условий труда на рабочем месте посредством АРМ, в соответствии с требованиями законодательства РФ), служба охраны труда будет использовать только
один, что сэкономит время и облегчит трудовой процесс.
Р = ПДВ,
где Р – уровень риска; П – серьезность последствий; Д – длительность воздействия (подверженность опасности); В – вероятность реализации опасности.
Результатом оценки ПР в организации является реестр ПР.
Таким образом, процесс оценки рисков представляет собой трудоёмкую
и длительную процедуру. Но сертификация по OHSAS 18001:2007 не освобождает организации от выполнения требований законодательства РФ в области охраны труда.
Согласно Трудового кодекса РФ, работодатель обязан обеспечить соответствующие требованиям охраны труда условия труда на каждом рабочем
месте. По законодательству РФ, единственным способом оценки фактических условий труда является аттестация рабочих мест (АРМ). Результаты
оценки условий труда отражает карта АРМ.
194
Литература
1. OHSAS 18001:2007. Системы менеджмента охраны здоровья и обеспечения
безопасности труда. Требования.
2. Потапенко В., Доценко Т. Обеспечить безопасность труда // Охрана труда и социальное страхование. – 2011. – № 1 – с. 42-47
3. Порядок проведения АРМ УТ, утверждённый приказом Минздравсоцразвития
России от 31.08.2007 № 569
4. Федеральный закон N 197–ФЗ Трудовой кодекс Российской Федерации от
30 декабря 2001 г, с изменениями.
УДК 001.4.658.382.3:006.354
курсант И. И. Кафтан (ВИТУ)
БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
В УСЛОВИЯХ ТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ АКТОВ
Формы и методы терроризма. Анализируя методы террористической
деятельности, исследователи выделяют: Взрывы государственных, про195
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
мышленных, транспортных, военных объектов, редакций газет и журналов,
различных офисов, жилых домов, вокзалов, театров. Захват самолетов, кораблей или других транспортных средств, сопровождающийся захватом заложников. Взрывчатка – основное средство террористов. Опыт последних
лет, особенно в нашей стране, показал, что террористы чаще всего используют взрывные устройства. Применение взрывных устройств отчасти объясняется простотой достижения цели, а также низкой стоимостью используемых технических средств. К тому же огнестрельное оружие, нож и яд
не оказывают столь мощного эмоционального воздействия на людей, какое достигается при помощи взрывчатки. Условно террор можно разделить
на массовый и индивидуальный, в зависимости от того, на что конкретно направлено предпринимаемое действие, но в обоих случаях цель злоумышленников – это проведение некоторой акции устрашения с достижением максимально возможного эффекта: посеять страх, вызвать панику,
а те, в свою очередь, доделают остальное. (Как это показал печальный сентябрь 2001 года), поскольку в комплексе зданий Торгового центра размещены конторы 1200 фирм, где работают более 50 тыс. сотрудников, и их посещает до 80 тыс. человек. По оценке, причиненный ущерб превысил 1 миллиард долларов.
Для мощных взрывов в крупных общественных зданиях характерны три поражающих фактора: 1. ударная волна 2. серьезные повреждения
несущих конструкций и инженерных коммуникаций. 3. разлет большого количества осколков, произведенных как самим взрывным устройством, так
и образовавшихся при разрушении ограждающих конструкций и, прежде
всего, стеклянных поверхностей.
Башни-близнецы. Прежде напомним, что же представляли из себя
башни-близнецы. А представляли они часть комплекса Всемирного Торгового
Центра, состоящего из 7 зданий и построенного в 1970 году по проекту американского архитектора Минору Ямасаки. Каждая башня насчитывала по
110 этажей, правда, Северная была чуть выше своей Южной «сестры» (417 метров против 415). Согласно заключению комиссии, здания обрушились вследствие нарушения целостности металлоконструкций башен, вызванных, механическими повреждениями от врезавшихся лайнеров, во-вторых (что самое
главное), возникшим после возгорания авиатоплива пожаром. Конструкция
зданий была рассчитана в первую очередь не на то, чтобы они стояли подобно скале под таранными атаками с воздуха, а на то, чтобы в случае столкновения с самолётом выстоять в течение промежутка времени, достаточного для
эвакуации всех находящихся внутри людей. С этой целью каркас был сделан стальным, а несущие главные колонны были коробчатого сечения и пу-
стотелые внутри. 1-е нарушение: слабость конструкции состояла в характере
крепления межэтажных перекрытий. Узел соединения металлических балок с колоннами был шарнирным, а конструктивно балки опирались сверху
на выпущенные из колонн короткие консоли. Такое техническое решение узлов было недостаточно надёжным, но зато позволяло достичь высокой скорости возведения здания, строя примерно по одному этажу в сутки.
2-е нарушение: слой противопожарной краски, нанесённой на металлоконструкции зданий. Согласно расчётам специалистов, немалую роль сыграло
то обстоятельство, что слой защитной краски на балках Северной башни составлял около 40 миллиметров, а на конструкциях Южной башни – меньше
20 миллиметров (поэтому она и упала первой, несмотря на то, что подверглась
атаке позднее). Если бы противопожарный слой составлял минимум 50 миллиметров, скорее всего, башни устояли бы. События же развивались по следующему сценарию - интенсивный, пусть и кратковременный пожар нагрел
металлоконструкции на двух этажах (под местом столкновения и над ним),
в результате чего они деформировались, межэтажные соединения сползли со
слишком коротких консолей и обрушились на нижние этажи. В результате динамики каждая башня разрушилась по принципу домино, сверху вниз. Таким
образом, в данном случае можно говорить об ошибке проектирования, когда соображения повышения скорости строительства получили приоритет над соображениями максимального повышения пожарной безопасности здания. К сожалению, эта ошибка привела к человеческой трагедии огромного масштаба.
Недостатки
1. Допущен брак при устройстве термозащиты несущих конструкций.
2. Не обеспечена работа системы пожаротушения.
3. Система эвакуации не сработала.
4. Был ограничен доступ пожарным.
5. Нарушена система вентиляции.
Цели и задачи
1. Снизить воздействия поражающих факторов.
2. Ликвидировать последствия воздействия терроризма.
3. Исключить поражение и гибель людей.
4. Не допустить катастрофического разрушения здания.
5. Выполнить надежными строительные конструкции наружных стен
и покрытия (крыши), которые могли бы исключить возможность проникновение сквозь них самолетов.
6. Не допускать проникновения внутрь здания горящих обломков.
7. Создания специальных устройств вдоль фасада для отведения продуктов горения.
196
197
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
В случае проникновения горящего топлива внутрь здания, в помещениях, примыкающих к наружным стенам, должна быть выполнена специальная система пожаротушения и пожарная канализация для отвода продуктов горения. С целью создания необходимых запасов воды, которую можно
использовать для тушения пожара, на двух верхних этажах целесообразно устроить два плавательных бассейна, чтобы помещение для приготовления противопожарных смесей из воды бассейнов и реагентов. В самом
здании необходимо обеспечить аварийные автономные электроснабжения
лифтов, системы дымоотведения и воздухоснабжения, освещения. На крыше и на каждом этаже установить специальные выдвигающиеся консоли,
на которые можно закреплять специальные снаряжения (подобно снаряжениям альпинистов) для эвакуации пострадавших. На крыше предусмотреть
устройство вертолетной площадки (или площадки для десантирования)
с целью высадки спасателей (пожарных).
реакторов в здании реактивного отделения размещают парогенераторы,
ГЦН (Главные циркуляционные насосы), главные запорные задвижки, компенсаторы давления. Электродвигатели ГЦН, главных запорных задвижек
и вспомогательных систем отделяют от основных механизмов перекрытием,
являющимся биологической защитой, что облегчает доступ к ним при обслуживании и ремонте. С ростом и развитием в мире атомных электростанций увеличилась угроза ядерного терроризма и происшествий на АЭС. Для
их предотвращения требовалась модернизация атомных электростанций
в плане безопасности от внешних воздействий, включающих в себя не только
терроризм, но и от воздействия на них природных катаклизмов, возникновение и степень угрозы которых сложно предугадать. Примером тому служит недавняя катастрофа на Японской АЭС в городе Анагава, произошедшая в результате серии мощнейших за последние 140 лет землетрясений
которая составила 8, 9 баллов. Землетрясение привело только к экономическому повреждению, так как все АЭС Японии рассчитаны на максимально расчетное землетрясение в 7 баллов по шкале Рихтера (Требование
МАТАТЭ). Проблемы международного и внутреннего терроризма актуальны для многих стран с развитой ядерной энергетикой. К индикаторам ядерного терроризма можно отнести не только заражение радиоактивными материалами, распыление в виде аэрозолей или растворение в водоисточниках, но и диверсии на ядерных объектах. Для реакторов типа ВВЭР (водоводяной энергетический реактор) возможна следующая цепочка событий:
повреждение систем охлаждения реактора (основных трубопроводов, насосов и т.д.); потеря теплоносителя и расплавление реакторной зоны, сопровождаемые паровым взрывом при контакте расплавленного топлива
с остатками воды в реакторном корпусе; разрушение корпуса реактора и реакторного здания с последующим выбросом радиоактивных продуктов деления (Чернобыль, 26 апреля 1986 год).Нападение будет особенно опасным,
если террористам помогает сотрудник станции, хорошо знающий ее устройство и владеющий рычагами управления. МАГАТЭ считает, что после событий 11 сентября должны быть сделаны новые расчёты защиты от возможных угроз. Атомная станция представляет собой большой котёл делящихся радиоактивных материалов, контролируемый охлаждающей системой.
Как показала авария на Чернобыльской АЭС превратить реактор в источник радиоактивного заражения можно отключением охлаждающей системы. Существующие правила проектирования АЭС, где станции рассчитываются на падение самолёта (боевого): СУ-37, F18, F-16, прямо в ядерный
реактор. Некоторые эксперты утверждают, что прямое попадание большого
реактивного самолёта в здание реактора атомной станции может привести
УДК 001.4.658.382.3:006.354
курсант А. С. Савчук (ВИТУ)
БЕЗОПАСНОСТЬ АЭС ПРИ ТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ АКТАХ
Атомная электростанция (АЭС) – ядерная установка для производства
энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся
в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом) (ОПБ-88/97). Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд. кВт·ч/год),
Франция (439,73 млрд. кВт·ч/год), Япония (263,83 млрд. кВт·ч/год), Россия
(160,04 млрд. кВт·ч/год), Корея (142,94 млрд. кВт·ч/год) и Германия (140,53
млрд. кВт·ч/год). В мире действует 441 энергетический ядерный реактор общей мощностью 374,692 ГВт, российская компания «ТВЭЛ» поставляет топливо для 76 из них (17% мирового рынка). Оборудование и производственные помещения на АЭС располагают (компонуют) по принципу деления
на зоны строгого и свободного режимов, в которых возможно либо исключительно воздействие ионизирующего излучения на обслуживающий персонал. Вход в зоны строгого режима осуществляется через санпропускники. Где обслуживающий персонал полностью переодевается в спецодежду.
В главное здание АЭС входят реакторное отделение и машинный зал. Кроме
198
199
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
к выходу из строя охлаждающей системы из-за разрыва трубопроводов
и прекращения подачи воды в реактор. Реактор находится в маленьком, заземлённом здании, часто окружённом башнями охлаждения, которые могут
быть разрушены без особого вреда для реактора. Реактор защищён бетонными стенами толщиной в метр, которые могут выдержать удар. Вторжение
на станцию с целью произвести разрушения может быть ещё более сложной
задачей, как показывает опыт учений, а пробить стенки реактора внутри здания ещё труднее. Но на всякий случай на Атомных электростанциях должны
быть предусмотрены убежища для рабочего персонала и аварийные выходы.
Расположение их зависит от конструкции самой АЭС и месторасположения
станции. Оптимальным вариантом конструкции этих помещений можно считать железобетонные стены и перекрытия, с внутренним утеплением, герметизацией, вентиляцией и т.д. Так же выход из аварийного выхода должен быть
размещён на расстоянии безопасном от происшествия (взрыва).
газа в атмосферу. Для большинства современных полигонов используется
расчётная модель «усечённая пирамида» [1]. В настоящее время на территории РФ утверждена и принята для расчётов рассеивания выбросов загрязняющих веществ «Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86,
которая примененяется для точечных источников (труб), выхлопов автотранспорта, линейных источников (шахт, фонарей). Однако ОНД-86
в не предусмотрен для возможности расчета объёмных источников выброса и делает допущение, что скорость выброса равномерно распределена
по всему участку выброса вещества в атмосферу.
Наиболее удачная компьютерная программа для расчётов образования
биогаза на полигонах ТБО с учётом физико-химических, биологических, климатических факторов – «LendGem», разработанная Департаментом по охране окружающей среды США. Её графический интерфейс приведён на рис. 1.
Программа «LendGem» позволяет вычислять годовые поступления биогаза с полигона в атмосферу, в т.ч. после его закрытия. Допустим, у нас есть
контролируемый полигон ТБО, который начал функционировать с 2007 г.,
закрытие состоится 2032 г. За 2007 г. полигон принял около 20800 т ТБО.
Удельная годовая норма образования ТБО ежегодно увеличивается на 3%.
Рассчитаем поступление ТБО за каждый год вплоть до закрытия полигона,
ограничившись производственной мощностью полигона 30000 т/г. Данные
представим в таблице. Введя в программу имеющиеся данные о годовых поступлениях ТБО, мы получим годовые эмиссии биогаза за каждый год, начиная с года открытия полигона (полигон даже после его закрытия длительное время выделяет биогаз в атмосферу). На рис. 2 приведен построенный
программой график динамики изменения эмиссии биогаза с полигона ТБО
(т/год).
УДК 551.515:504.3:532.54
д-р техн. наук, профессор В. Л. Горохов,
студент А. В. Сауц (СПбГАСУ)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ
ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРЕ БИОГАЗА С ПОЛИГОНОВ
ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
При строительстве, эксплуатации любого промышленного предприятия
в нашей стране в настоящее время требуется раздел проекта «Охрана окружающей среды» (ООС), где имеется подраздел «Охрана атмосферного воздуха». Одним из таких предприятияй является полигон твёрдых бытовых
отходов (ТБО), который является крупным источником выброса в атмосферу биогаза. Основной компонент биогаза – метан, являющийся парниковым
и ядовитым газом. При разработке раздела ООС полигона ТБО требуется
определить величину санитарно-защитной зоны, которая в соответствии со
СанПиН 2.1.7.722-98 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов» должна быть не менее 500 м
от жилой застройки до границ полигона, а также её границы устанавливаются по изолинии 1 ПДК.
Сложность расчёта выброса биогаза состоит в том, что полигон ТБО является объёмным источником и с неравномерной скоростью выброса био200
Масса поступающих ТБО в год с 2007 по 2032 г.
год
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
масса ТБО, т/г
20800
21424
22066,72
22728,7216
23410,58325
24112,90075
24836,28777
25581,3764
26348,81769
год
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
масса ТБО, т/г
27139,2822
27953,4607
28792,0645
29655,8265
30000
30000
30000
30000
30000
201
год
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
-
масса ТБО, т/г
30000
30000
30000
30000
30000
30000
30000
30000
-
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
Рис. 2. Динамика изменения эмиссии биогаза с полигона ТБО (т/год)
Рис. 3. Поперечный разрез полигона ТБО
Рис. 1. Графический интерфейс программы «LendGem V.3.2»
Ввиду того, что полигон ТБО функционирует на протяжении многих лет,
отходы поступают на него постепенно, а не мгновенно, то различные слои
ТБО имеют разную интенсивность разложения, к тому же они имеют изоляционные грунтовые засыпки (рис. 3). Однако по мере разложения отходов
в теле полигона образуются пустоты, изоляционные слои разрушаются и,
кроме того, большинство современных полигонов снабжено системами дренов, канальцев, поэтому концентрации биогаза в различных слоях полигона выравниваются. Удельный выброс биогаза с участка полигона в большей
степени зависит не от срока захоронения в данном слое, а от влажности отходов, температуры внутри тела полигона и состава ТБО, что подтверждается исследованиями [2,3].
202
Эмиссию биогаза QВ с участка полигона площадью A по данным исследований [3] можно определить по следующий формуле:
QВ  1000Q уд АН глуб ;
(1)
где Hглуб – глубина залегания ТБО, м; — константа удельного выхода биогаза, год-1 или сек-1.
Из уравнения (1) следует, что эмиссия биогаза пропорциональна объёму полигона. Разобьем полигон ТБО с помощью метода сеток, ячейками
которой будут являться маленькие участочки площадью dA и глубиной Hi,
в пределах которых эмиссию можно считать равномерной. Схема разбивки
приведена на рис. 4, на котором красным цветом обозначен слой, где эмиссия имеет максимальное значение и синий, где она пренебрежимо мала. Для
моделирования рассеивания выбросов в атмосфере, зная климатические
203
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция безопасности жизнедеятельности (в строительстве)
параметры местности и геометрические размеры полигона, можно воспользоваться программой «УПРЗА эколог», рассматривая каждый участок
как точечный источник. Но это будет приближённый результат, поскольку
за счёт атмосферной диффузии между разбитыми участками происходит
взаимодействие. Для большей точности расчётов можно использовать программы «ANSYS CFD» или «Star-CD», которые могут создать сетку любой
геометрической сложности и формы ячеек.
Литература
1. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов
для твёрдых бытовых отходов. – Москва, 1996. – 39 с.
2. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов.
Москва, 2004. – 20 с.
3. Шаимова, А. М. Повышение экологической безопасности полигонов и свалок
твёрдых бытовых отходов [Электронный ресурс] / А. М. Шаимова, Л. А. Насырова,
Г. Г. Ягафарова // Башкирская Ассоциация Экспертов. – 2008.Режим доступа: http://
www.bashexpert.ru/konkurs/2008/four/proekt2.pdf
УДК 691.32
научн. сотр. С. В. Демишин (филиал ОАО «26 ЦНИИ»)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИТЕРИЯ КУЛОНА-МОРА ДЛЯ ОПИСАНИЯ
ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ БЕТОНА НА ПРИМЕРЕ
БЕТОННОЙ ПРИЗМЫ, АРМИРОВАННОЙ
СПИРАЛЬНОВИТОЙ АРМАТУРОЙ
Рис. 4. Схема разбивки полигона ТБО
Для рассеивания выбросов биогаза будем использовать преобразованную простейшую модель атмосферной диффузии:
v
dc
d 2c
d 2 c dc
 k y 2  kz 2 
 fc ,
dx
dy
dz
dt
(2)
где v – скорость ветра, с – концентрация примеси биогаза; x, y, z – координаты; ky и kz – коэффициенты дисперсии; t – время; f – константа скорости реакции взаимодействия примеси с воздухом.
204
В настоящей работе приводятся результаты моделирования свойств
бетона критерием устойчивости (прочности) Мора-Кулона при использовании отечественного программного средства «Зенит-95», основанном
на МКЭ.
При проведении численного моделирования для условий экспериментов,
принятых за эталонные, были получены значения угла внутреннего трения
и удельного сцепления для некоторых классов прочности бетона. В качестве
дополнительного условия возможности применения предлагаемого метода
для расчета бетонных и железобетонных конструкций, было проведено численное моделирование влияния армирования бетонной призмы с размерами
70х70х280 мм спиральновитой арматурой. Спираль выполнена из стальной
арматуры класса А-1, диаметром 6 мм. Внутренний диаметр спирали 50 мм,
шаг спирали 50 и 30 мм. По данным [1] применение спиральновитой арматуры для бетонной призмы с указанными размерами повышает ее прочность
на 35% при шаге спирали 50 мм и на 56% при шаге спирали 30 мм по отношению к неармированной призме.
Проведенное численное моделирование, выполненное в трехмерной постановке, подтвердило возрастание прочности армированной призмы при
уменьшении шага армирующей спирали. Полученные результаты рассматриваются как положительные и позволяют рассматривать предложенный
205
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
метод оценки и расчета состояния бетонных и железобетонных элементов
конструкций как перспективный.
Литература
1. Тонких Г. П., Алексашкин А. Н. Эффективность спирально-армированного железобетона / Некоторые научно-технические проблемы военно-строительной науки.
Вып. к 50 летию института. – М.: 26 ЦНИИ МО РФ, 1996.
СЕКЦИЯ ВОДООТВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ
УДК 574
студент Е. М. Таровик,
канд. биол. наук,доцент С. В. Макарова (СПбГАСУ)
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ
СОСТОЯНИЕ НЕВСКОЙ ГУБЫ
Санкт-Петербург – крупнейший мегаполис на берегах Балтики, расположенный в вершине Финского залива. Главным природным объектом, определяющим жизнедеятельность, экономическое и социальное развитие региона является водная система Ладога-Нева-Невская губа – восточная часть
Финского залива.
Невская губа – восточный пресноводный участок акватории, граница которого проходит по створу защитных сооружений. Особенностями Невской
губы является небольшая средняя глубина (около 4 м), высокий водообмен
(4–5 суток), гомотермия.
На акватории Невской губы осуществляется интенсивное судоходство,
ведется крупное гидротехническое строительство (Комплекс защиты от наводнений, намыв территорий на Васильевском острове и в Стрельне, строительство нового пассажирского порта). Побережье является зоной отдыха горожан, здесь расположены дворцово-парковые ансамбли Петергофа
и Стрельны. Кроме того, в Невскую губу сбрасываются сточные воды
с крупнейших очистных сооружений Санкт-Петербурга: ССА, ЦСА и ЮЗОС.
Совокупность всех антропогенных воздействий оказывает огромное влияние на экологическое состояние Невской губы.
Принято считать, что именно сточные воды являются основным фактором,
ухудшающим экологическое состояние Невской губы, а также приводящим
к развитию процессов эвтрофирования в Финском заливе. Следовательно,
существует мнение, что глубокая доочистка сточных вод от фосфора сможет существенно улучшить ситуацию не только в Невской губе, но и во всем
Финском заливе.
В результате исследований экологического состояния Невской губы
в районах выпусков ССА, ЦСА и ЮЗОС, проведенные нашей кафедрой
206
207
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
в 2009 г. Было показано, что сточные воды не являются основным фактором,
ухудшающим состояние акватории.
Экологическая ситуация не зависела от расхода сточных вод и объема
поступления биогенов: район ЦСА (несмотря на максимальный расход) характеризовался олиго-мезотрофными условиями, а эвтрофные условия наблюдались в районе ЮЗОС, где расход был минимальным (таблица). Кроме
того, сточные воды ЮЗОС проходят глубокую доочистку от фосфора.
Следовательно, необходимо искать другие причины существующего положения.
ровностей берега возможно образование на отдельных участках застойных
зон, которые разрушаются при изменении гидрометеорологической ситуации. Средние скорости переноса Невских вод в губе составляют 6-8 см/с
в северной части и всего 1-5 см/с в южной части. Замедленный водообмен и особенности стоково-ветровых течений являются основной причиной неблагополучной экологической ситуации в южной прибрежной части
Невской губы.
Как наблюдения, так и расчеты показывают, что уже при скорости западного ветра 2-3 м/с в южной прибрежной зоне движение водных масс
с востока на запад приостанавливается, а при скорости 4-5 м/с возникает
противотечение и накопление загрязняющих веществ, особенно вблизи выпусков сточных вод (г. Ломоносов, г. Петродворец, ЮЗОС). Повышенная
загрязненность южной прибрежной зоны отмечалась еще в начале прошлого века.
Кроме того, на процессы, протекающие в Невской губе, оказывает влияние поступление вод из восточной части Финского залива. Известно, что
в Невскую губу через створ Горская-Кронштадт-Ломоносов поступают ежегодно около 28.4 км3 воды в дополнение к 78,9 км3 стока Невы. То есть,
Невская губа является не только источником биогенов для Финского залива,
но и приемником биогенных веществ поступающих из западных районов.
Следует иметь ввиду, что основным источником биогенов в восточной части
Финского залива является внутренняя нагрузка (до 75% по общему фосфору и до 51% по общему азоту). Внутренняя нагрузка во многом определяется водообменом с центральной частью Балтики, откуда при затоках североморских вод вытесняются обогащенные фосфором и обедненные кислородом воды. Гипоксия, в свою очередь, вызывает десорбцию фосфатов
из донных отложений, а также денитрификацию минеральных соединений азота.
Частота затоков североморских вод определяется атмосферной циркуляцией над Северной Атлантикой. Наиболее крупный заток отмечался в 19931994 и 2003 гг. В 2003 г. восточная часть Финского залива получила дополнительно минеральные соединения азота и фосфора в количестве сопоставимом, а по фосфору превышающем годовую нагрузку на Финский залив.
Десорбции фосфатов из донных отложений в восточной части залива
способствует также устойчивая термическая стратификация, приводящая
к снижению концентрации кислорода под термоклином.
Общая циркуляция вод в Финском заливе носит циклонический характер, т.е. сток Невских вод идет преимущественно вдоль северного берега,
а приток солоноватых вод из западных районов – вдоль южного. Таким
Сравнение расходов сточных вод, объемов сброса биогенов с очистных
сооружений и показателей трофического состояния акватории
в районах выпусков
Характеристика сточных вод
Расходы сточных вод ( q ), м3/с
Объем сброса общего фосфора ( Pобщ ), т/сут
ЦСА
14,100
0,475
CСА
6,314
0,327
ЮЗОС
2,74
0,081
Объем сброса общего азота ( N общ ), т/сут
10,480
5,237
1,657
Степень трофности
олиготрофномезотрофная
мезотрофно
-эвтрофная
эвтрофная
Наиболее важными природными факторами, оказывающими влияние на
Невскую губу являются сток р.Невы, гидрологические особенности различных участков акватории, а также водообмен с восточной частью Финского
залива.
Невская губа по сути является продолжением русла Невы. Средний расход воды в р.Неве составляет 2500 м3/с, что обеспечивает высокую проточность Невской губы и сдерживает развитие процессов эвтрофирования
на большей части акватории. Благодаря мощному воздействию невских вод
поддерживается и благополучная ситуация в районе выпуска сточных вод
ЦСА.
Расчеты биогенной нагрузки на акваторию от различных источников,
выполненные в СПбГАСУ показали, что основная часть биогенов поступает в Невскую губу именно за счет речного стока. Вклад сточных вод в поступление фосфора и азота существенно ниже: для общего фосфора эта величина составляет 30,5%, минерального фосфора – 38.5%, для общего и минерального азота – соответственно 9.5% и 15,8%.
Гидрологические особенности также накладывают свой отпечаток на
экологическую ситуацию в определенных районах Невской губы. Система
течений в Невской губе неустойчива, а водные массы очень подвижны. При
стоковых течениях в губе из-за наличия препятствий (отмели, дамбы) и не208
209
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
образом, свой вклад в эвтрофирование Невской губы, и особенно ее южной
части вносит поступление обогащенных биогенами вод из восточной части
залива.
Принимая во внимание все вышесказанное, можно сделать вывод о том,
что глубокая очистка сточных вод не может радикально изменить экологическую ситуацию в Невской губе и восточной части Финского залива. При
прогнозировании экологического состояния данной акватории необходимо
учитывать не только антропогенные, но и природные факторы.
В целом ситуация в вершине Финского залива находится под влиянием атмосферных процессов над Северной Атлантикой и сопредельного региона Арктики. Считается что именно эстуарии (коим является и вершина
Финского залива) особенно чувствительны к изменениям климата, поскольку в них существует хрупкое, легко нарушаемое равновесие между рекой
и морем.
перед сбросом в систему канализации [1] или водный объект [2] диктуется
водным законодательством.
Так, в соответствии с условием приема загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых в системы городской канализации, водородный показатель должен быть в пределах pH = 6,5–9,0; при выпуске сточных вод в водоем
в воде водного объекта водородный показатель должен быть в пределах pH =
= 6,5–8,5.
В практике нейтрализации кислых и щелочных сточных вод количество
нейтрализующих реагентов рассчитывают по закону эквивалентов [3] и содержанию кислот и щелочей. Такой подход обеспечивает вступление в химическую реакцию нейтрализации содержащихся в сточных водах кислот
или щелочей полностью – без остатка. Но величина водородного показателя
будет определяться продуктами нейтрализации — образующимися солями.
В качестве нейтрализующих реагентов применяют сильные электролиты:
для нейтрализации кислых стоков – раствор гашеной извести Ca(OH)2; для
щелочных стоков раствор серной кислоты H2SO4. Если в кислых и щелочных сточных водах содержаться слабые электролиты – кислоты или основания, то при нейтрализации образуются гидролизующиеся соли, и стоки
не будут иметь нейтральную среду.
Расчет водородного показателя в нейтрализованных стоках выполнен для
следующих условий: содержание примесей в исходных стоках 0,1 г-экв/л; количество используемого нейтрализующего реагента 0,1 г-экв/л; результаты
расчета представлены в таблице.
Литература
1. Алимова, А. Ф. Экосистема эстуария реки Невы: биологическое разнообразие и экологические проблемы / Под ред. А. Ф. Алимова, С. М. Голубкова. – М.:
Товарищество научных изданий КМК, 2008. – 477 с.
2. Алексеев, М. И. О влиянии сточных вод на эвтрофирование Невской губы /
М. И. Алексеев [и др.] // Сборник материалов XI Международного экологического
форума «День Балтийского моря». – СПб.: Макси-Принт, 2010. – С. 138–139.
УДК 628.316.13
студент А. В. Терентьева,
канд. хим. наук, доцент Г. И. Копина (СПбГАСУ)
К ВОПРОСУ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД
Кислые и щелочные сточные воды образуются в процессе поверхностной обработки металлов при нанесении гальванических покрытий, при
травлении, при химическом удалении ионов тяжелых металлов методом
осаждения, в химической промышленности при производстве кислот, удобрений и т. д.
Обезвреживание кислых и щелочных сточных вод носит название нейтрализации. Нейтрализацией называют химическую реакцию взаимодействия кислот и щелочей (оснований), продуктами которой являются соль
и вода. Необходимость нейтрализации кислых и щелочных сточных вод
210
Характеристика процесса нейтрализации кислых и щелочных сточных вод
Исходная вода
Процесс нейтрализации
Состав
pH
HCl
1
2 HCl  Ca (OH ) 2  CaCl 2  2 H 2 O
Нейтрализованные
стоки
Состав
pH
CaCl 2
7
Ca (CH 3 COO ) 2
8,8
Na 2 SO4
7
( NH 4 ) 2 SO4
5,15
H   OH   H 2 O
CH 3 COOH
3
2CH 3 COOH  Ca (OH ) 2  Ca (CH 3 COO ) 2  2 H 2 O
CH 3 COOH  OH   CH 3 COO   H 2 O
NaOH
13
2 NaOH  H 2 SO4  Na 2 SO4  H 2 O
OH   H   H 2 O
NH 4 OH
11
2 NH 4 OH  H 2 SO4  ( NH 4 ) 2 SO4  2 H 2 O
NH 4 OH  H   NH 4  H 2 O
По закону эквивалентов количество нейтрализующего реагента зависит от содержания примеси в исходной воде. Однако, концентрация ионов
211
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
водорода или pH в любом водном растворе зависит не только от концентрации, но и степени диссоциации примесей. В нашем примере при одинаковой нормальной (г-экв/л) концентрации кислот – соляной и уксусной
концентрации ионов водорода отличаются в 100 раз. Расчет нейтрализующего реагента по величине pH допустим лишь для растворов сильных
электролитов.
Расчеты pH относительно просто выполняются для растворов, содержащих одну примесь. Реальные сточные воды содержат различные
примеси, для эффективной нейтрализации необходим полный анализ
воды.
Однако, расчет нейтрализующих реагентов значительно упрощается,
если использовать интегральные показатели, характеризующие активную
реакцию воды: кислотность или щелочность воды, выражаемых в мг-экв/л
(г-экв/м3). Аналитический метод определения общей и свободной кислотности, а также общей и свободной щелочности основан на реакции нейтрализации.
В кислых водах общая кислотность эквивалентна содержанию примесей нейтрализуемых до pH =8,3, а свободная кислотность эквивалентна содержанию примесей, нейтрализуемых до pH =4,5. В щелочных водах свободная щелочность эквивалентна содержанию примесей нейтрализуемых
до pH =8,3, а общая щелочность эквивалентна количеству нейтрализующего реагента (сильной кислоты) до pH =4,5.
Следовательно, расчет нейтрализующих реагентов в кислых сточных водах по величине общей кислотности, а в щелочных сточных водах по величине свободной щелочности, и проведение нейтрализации позволит получить
в нейтрализованных стоках pH =8,3, что соответствует условиям выпуска
сточных вод и в городскую канализацию и в водные объекты.
В заключение следует сказать, что эффективность нейтрализации сточных вод зависит от понимания происходящих в воде процессов и репрезентативности исходных данных о составе воды.
Литература
1. Приказ № 201 от 25.11.1996 Администрации Санкт-Петербурга. Комитет по
управлению городским хозяйством «О контроле состава и свойств сточных вод, отводимых абонентами в систему канализации СПб».
2. СанПиН 2.1.5.980–00 Гигиенические требования к охране поверхностных вод. –
М. Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000.
3. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М. Водоотведение системы промышленных предприятий. – М: Стройиздат, 1990. – 511 с.
212
Секция водоотведения и экологии
УДК 628.355.2
д-р техн. наук, профессор М. И. Алексеев (СПбГАСУ)
аспирант Е. А. Казакова (МГУП «Мосводоканал»)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ
АВТОТРОФНОГО УДАЛЕНИЯ АММОНИЯ
Как известно, в последние годы вопрос удаления биогенных элементов
очень актуален, и ему уделяется большое внимание. На крупных очистных
сооружениях, в частности, в Москве, для обработки осадков сточных вод
используют метановое сбраживание. От стадий уплотнения и обезвоживания осадков образуются потоки, содержащие высокие концентрации аммонийного азота. Эти возвратные потоки направляются на сооружения биологической очистки городских сточных вод и тем самым увеличивают на них
нагрузку по азоту. Большинство очистных сооружений России не рассчитаны на биологическое удаление азота, и поступление дополнительной нагрузки по азоту ухудшает качество очищенной воды по аммонийному азоту, а при реконструкции сооружений потребует больших объемов сооружений.
Для очистки сточных вод, содержащих высокие концентрации аммония и недостаточное количество органического вещества применим процесс автотрофного аноксидного окисления аммония, обнаруженный в 90-х
годах прошлого века, и внедрённый в практику в начале века нынешнего.
Технология на основе автотрофного удаления азота представляет собой
комбинацию двух процессов: частичной нитрификации, в ходе которой половина аммония окисляется до нитрита, и анаэробного окисления аммония нитритом до газообразного азота (сам процесс Anammox). Молярное
соотношение аммонийный/нитрит в процессе Anammox составляет
1:1,32, побочным продуктом этой реакции является нитрат в соотношении
0,26 моль азота нитратов на 1 моль окисленного аммония. Процесс аноксидного окисления аммония осуществляется бактериями, относящимися
к группе планктомицетов.
В МГУП «Мосводоканал» были проведены исследования данной технологии, включающие в себя культивирование активного ила, содержащего Anammox-бактерии, выделенные из местообитаний Московского региона, лабораторные и полупромышленные испытания для удаления азота
из фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка. В ходе исследований было выявлено, что культивированные Аnammox-бактерии относятся
к новому виду планктомицетов.
213
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
Одной из важных особенностей бактерий Anammox является их чрезвычайно медленный рост, что означает очень протяжённую фазу наращивания
активного ила. Время удвоения полученных бактерий Anammox составил
31,3 суток. С этой точки зрения важным моментом при исследовании и внедрении технологии автотрофного удаления аммония является определение
длительности периода пуска и наладки промышленного реактора аноксидного окисления аммония с учетом наличия биомассы, содержащей бактерий
Anammox и полученной ранее в лабораторных условиях.
Продолжительность периода выхода на режим зависит от активности
и количества микроорганизмов Anammox. Как было показано в лабораторных и подтверждено в полупромышленных исследованиях, сначала происходит экспоненциальный рост активности биомассы, после чего следует период постоянной скорости удаления азота. Период экспоненциального роста и определяет период выхода на режим удаления азота и описывается
уравнением:
 R
t  ln  / k ,
 R0 
R  R0  e kt ,
(1)
где R – текущая скорость удаления азота во времени t, г/(м ·сут);
R0 – начальная скорость удаления азота, г/(м3·сут);
k – константа скорости, сут-1.
Таким образом, зная нагрузку по азоту, необходимую эффективность
удаления азота, константу скорости, которая была определена в лабораторных условиях, а также начальную скорость удаления азота, определяемую
максимальной скоростью удаления азота и константами полунасыщения
по субстратам, определенных в лабораторных исследованиях, определяется
период выхода реактора.
Эффективность удаления азота в процессе ANAMMOX ограничивается образованием 0,26 моль азота нитратов на 1 моль окисленного аммония.
При расчете были приняты концентрации аммонийного, нитритного и нитратного азота, соответствующие оптимальному режиму, подобранным
в лабораторных исследованиях, 113,5 мг/л, 152,3 мг/л и 0,7 мг/л, соответственно. Таким образом, при достижении концентрации аммонийного азота в очищенной воде, соответствующей значению ПДКр.х. = 0,4 мг/л, по стехиометрии аноксидного окисления аммония получаем в очищенной воде
концентрацию нитритного азота 5,27 мг/л, нитратного азота – 30,1 мг/л.
Следовательно, максимальная эффективность аноксидного окисления аммония при очистки воды с заданными параметрами составляет 86,6%.
Таким образом, расчет времени периода выхода на режим рассчитывается следующим образом:
3
214
R0  RNANmax 
C N  NH 4

(2)
C N  NO2
K N  NH 4  C N  NH 4 C N  NO2  K N  NO2
 x,
(3)
R  RN  Э / 100,






RN  Ý / 100
t  ln
 / k,
C N  NH 4
C N  NO2
 RNANmax 
x


K N  NH 4  C N  NH 4 C N  NO2  K N  NO2 

(4)
где RN – нагрузка по азоту, г/(м3·сут); 47–82 г N/м3 реактора в сутки;
RNANmax – максимальная удельная скорость удаления азота в процессе аноксидного окисления аммония, 4 мг N/(г БВ·ч) =96 мг N/(г БВ·сут);
C N  NH и C N  NO – концентрация аммонийного и нитритного азота в воде,
поступающей на стадию аноксидного окисления аммония, мг/л;
K N  NH и K N  NO – константы полунасыщения аммонийному и нитритному азоту, 0,41 мг/л и 0,38 мг/л, соответственно;
x – доза ила, г БВ/л;
Э – эффективность удаления азота в процессе аноксидного окисления
аммония, 86,6%;
k – константа скорости, 0,0221 сут-1.
Подставляя значения параметров, входящих в уравнение, максимальную
нагрузку по азоту 82 г N/м3 реактора в сутки и дозу ила, загруженного в полупромышленную установку 0,05 г БВ/л, получаем период выхода на режим
полупромышленного реактора аноксидного окисления аммония:
4
4
2
2





82
86
,
6
/
100
 / 0 ,0221  122 суток
t  ln
113,5
152 ,3



 0 ,05 
 96 
113,5  0 ,41 152 ,3  0 ,38


Полученные 122 суток меньше периода выхода на режим реактора аноксидного окисления аммония – 127 суток. С учетом гетеротрофной денитрификации 6,3% расчетный периода выхода на режим реактора аноксидного окисления аммония составит 125,5 суток. Следовательно, ошибка между расчетным и реальным периодом выхода на режим составила 1,5 суток, или 1,2%.
215
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
Выводы
1. Разработана математическая модель для расчета периода выхода
на режим реактора аноксидного окисления аммония и эффективности удаления азота;
2. Определена зависимость для определения времени периода выхода
на режим удаления азота. Расчетный периода выхода на режим реактора
аноксидного окисления аммония составит 129 суток. Ошибка между расчетным и реальным периодом выхода на режим составила 1,2%;
3. Предложенная модель расчета периода выхода на режим может быть
использована для расчетов промышленных сооружений аноксидного окисления аммония.
УДК 628.355.2
д-р техн. наук, профессор М. И. Алексеев (СПбГАСУ)
аспирант А. В. Акментина (МГУП «Мосводоканал»)
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГРАНУЛИРОВАННОГО
АКТИВНОГО ИЛА НА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
В последнее десятилетие активно развиваются технологии, основанные
на так называемых гранулированных активных илах, которые, в отличие от
флоккулированного активного ила, более плотные, прочные и оседают до 10
раз быстрее. За счет этих свойств в реакторах биологической очистки возможно создание бóльших концентраций биомассы при меньшем объеме сооружений.
В инженерно-технологическом центре МГУП «Мосводоканал» в условиях низкоконцентрированных коммунальных сточных вод в реакторе периодического действия проводили исследования по культивированию гранулированного активного ила. Объем реактора составлял 17 л, режим работы заключался в чередовании фаз: анаэробной, аноксидной, аэробной
(при концентрации растворенного кислорода 1,5-2,5 мг/л), фазы отстаивания, слива очищенной воды. Продолжительность цикла реактора периодического действия – 4 часа. Селекционное давление в направлении формирования крупных быстрооседающих частиц создавалось за счет постепенного снижения времени отстаивания с 15 до 5 минут. С учетом условий
ведения процесса в реакторе наблюдался рост гранул активного ила с 0,2
до 1,5 мм (рис. 1).
216
Рис. 1. Рост гранул активного ила в реакторе периодического действия.
Процесс роста гранул условно можно разделить на три этапа. Первый
этап от 0 до 100 дней характеризуется низким ростом диаметра гранул от
0,2 до 0,5 мм связанным с активным уносом из реактора легких частиц ила.
На втором этапе от 100 до 160 дней наблюдался активный рост диаметров
гранул от 0,5 до 1,3 мм. Отмеченная динамика связана с малым уносом
укрупненных гранул и, как следствие, их интенсивный дальнейший рост.
На третьем этапе от 160 до 180 дней наблюдалось замедление роста диаметров гранул от 1,3 до 1,5 мм, что можно объяснить наличием внутри их ядра
мертвой массы и активным выделением газообразных продуктов (метан
и азот), которые уменьшают прочность гранулы и приводят к ее разрушению в гидродинамических потоках реактора идеального перемешивания.
Наряду с изучением динамики роста активного ила проводилась оценка
взаимосвязи между зависимостями скорости осаждения и скорости удаления аммонийного азота, азота нитратов и ХПК от размеров гранулированного активного ила, путем проведения их к безразмерной величине делением
соответствующего значения на максимальную величину данного параметра.
В результате были получены удельные величины изменения скоростей в диапазоне от 0 до 1, где значение приведенной скорости соответствует доли
от максимальной скорости (рис. 2).
217
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
УДК 628.39:502.13:504.5
студент Н. С. Зайцев (СПбГАСУ)
ВЛИЯНИЕ ДИОКСИНОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Рис. 2. Зависимость скоростей удаления субстрата и осаждения от диаметра гранул
Анализируя полученные зависимости можно выделить четыре различные области проведения биохимического и механического процесса: возрастание скоростей удаления субстратов и скорости седиментации приводит
к возможности уменьшения габаритов аэротенков и вторичных отстойников, снижение скоростей – к увеличению соответствующих объемов. Исходя
из вышеизложенного, было определено, что третья область в диапазоне диаметров гранул активного ила от 0,8 до 1,3 мм является наиболее приемлемой для ведения процесса биологической очистки сточных вод в ректорах
с гранулированным активным илом, как со стороны минимизации габаритов
вторичных отстойников, так и с сохранением объемов аэротенков. Выход
на режим требуемых размеров гранулированного активного ила для оптимальных размеров сооружений составляет 100 сут.
Таким образом, проведенные исследования показали, что в условиях
коммунальных очистных сооружений возможно получение гранулированных активных илов. Реализация технологий с гранулированными активными илами позволит решать вопросы реконструкции очистных сооружений
под перспективные технологии удаления биогенных элементов без увеличения существующих объемов сооружений.
218
В последние четверть века к обширному перечню экологических бед,
угрожающих цивилизации, добавилась ещё одна – опасность общепланетарного отравления среды нашего обитания диоксином.
Под диоксинами понимают два класса химических соединений с очень
сходными химическими свойствами: полихлорированные дибензо-n-диоксины
(ПХДД) и полихлорированные дибензофураны (ПХДФ), всего 210 химических
соединений, называемых ксенобиотиками. Ксенобиотики – вещества, являющиеся чужеродными естественной среде и человеку.
Молекула диоксина представляет собой систему из двух бензольных колец, связанных друг с другом в двух местах при помощи кислородных атомов.
Диоксины никогда не производились специально, они являются постоянными спутниками целого ряда технологий. Свойства диоксинов способствуют их распространению и накоплению в окружающей среде, а также
значительно затрудняют их идентификацию в живой природе.
Назовем некоторые свойства диоксинов:
1) разрушение диоксинов наступает при температуре свыше 1250 С,
тогда как мусоросжигающие заводы в среднем используют температуру для
сжигания отходов 800 – 1000 С;
2) при снижении температуры диоксины способны к ресинтозу;
3) диоксины устойчивы к кислотам и щелочам (без катализатора), влаге
и замораживанию.
Диоксины – это суперэкотоксиканты, относящиеся к Ι классу токсичности, уступают по силе воздействия только ботулиновому, столбнячному
и дифтерийному токсинам и яду кураре.
Основным источником попадания диоксинов в атмосферу является сжигание отходов производства, например:
сжигание осадков сточных вод;
сгорание промышленных и бытовых твердых отходов;
пожары на производстве.
Стоит диоксину однажды попасть в организм человека и он остается там
навсегда и начинает свое долговременное вредное воздействие. Диоксины
в основном накапливаются в жировой ткани, коже и печени, в то время как
в крови и моче находится их мизерная часть, из этого следует, что из обычных анализах невозможно определить истинное количество диоксинов
219
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
в организме. Единственным аналитическим методом достоверного определения диоксинов и родственных соединений на необходимом уровне чувствительности является хромато-масс-спектрометрия.
Проведенные исследования показали, что диоксины, оказывают токсическое воздействие практически на все системы организма – нервную, эндокринную, пищеварительную, кожные покровы, приводят к нарушению обмена веществ - углеводов, жиров, витаминов, гормонов. Врачи и биологи,
проводившие исследования людей пораженных диоксидами, едины в мнении, что основной свой удар диоксин наносит по иммунной системе человека.
Установлено, что многие клетки организма имеют специальный белок,
названный арилуглеводородным рецептором (Ah-R). Диоксин прочно связывается с этим белком, проникает в ядро клетки, активирует специальные гены. В результате в клетках в избыточном количестве нарастает содержание другого белка – биологического катализатора, фермента цитохрома
Р4501A1/2. Чрезмерное увеличение содержания этого белка ускоряет окисление важных для жизнедеятельности клетки молекул, что и приводит к нарушению многих биологических процессов и кроме того, способствует увеличению токсичности других химических соединений.
Однажды попав в организм человека, диоксины остаются там навсегда
и медленно, но неотвратимо разрушают как самого человека, так и его потомков.
Приведем ряд примеров воздействия диоксинов на человека и окружающую среду.
Одной из особенностей Вьетнамской войны, отличающей ее от других
локальных войн, явилось широкое применение армией США химического оружия против отрядов Национального Фронта освобождения Южного
Вьетнама. Американцы с помощью дефолианта «Agent Orange» уничтожали листву в джунглях для выявления отрядов противника. После этого из-за
вымывание из верхнего слоя почвы оставшихся от дефолианта диоксинов
осадками, были заражены грунтовые воды и речные воды что привело к заражению огромных территорий.
Первоначально диоксиновые события в СССР были связаны с производством гербицида сплошного действия, который начал производиться в Уфе
в конце 60-х годов XX века. Гербициды – химические вещества, применяемые для уничтожения сорняковой растительности, по характеру действия на
растения делятся на гербициды сплошного действия, убивающие все виды
растений, и гербициды избирательного (селективного) действия, поражающие одни виды растений и не повреждающие другие.
Крайне неблагоприятная ситуация сложилась в Байкальском регионе.
Это связано с действием Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Наибольшие концентрации диоксинов обнаружены в иркутских сливках (45,2 нг/кг)говядине (39,2 нг/кг), сливочном масле (27 нг/кг) свинине
(20,3 нг/кг). Между тем в Европе при содержании диоксинов в молоке в концентрации 1,4 нг/кг оно считается непригодным для употребления детьми.
Экологическая катастрофа произошла в 1976 году на фабрике по производству удобрений и гербицидов рядом с итальянским городком Севезо в окрестностях Милана. Из-за взрыва котла произошла утечка 2,5 кг диоксина.
Вскоре на окрестных пастбищах начался массовый падеж скота, сотни детей
и десятки взрослых заболели хлоракне. С территории площадью в 87 гектаров было эвакуировано население, жилые дома и прочие строения снесены,
верхний слой почвы удален и заменен новым, забито и захоронено в специальных могильниках 75 тысяч голов сельскохозяйственных животных.
В Германии разразился скандал, вызванный обнаружением в свинине
большой концентрации диоксинов. 4700 птицеферм и свиноферм на северозападе Германии были закрыты из-за диоксина, обнаруженного в корме для
свиней и кур. Как предполагают эксперты, диоксин оказался в кормах из-за
того, что компания, которая их поставляла, использовала для них токсичные
остатки жирных кислот, полученных при выпуске биотоплива.
На сегодняшний день нет эффективных способов и медикаментов, способных устранить вредное воздействие диоксина. Проблема борьбы с диоксинами осложняется отсутствием в достаточном количестве современной
аналитической аппаратуры, малым числом специальных лабораторий, недостаточной обученностью персонала, высокой стоимостью приборов.
Одним из распространенных способов предотвращения образования диоксинов считается то, что перед сжиганием мусора производят его сортировку, удаляют пластмассы и ряд других веществ, которые направляют на
повторную переработку.
220
Литература
1. Витер В. Н. Химия и химики № 4 (2008) / В. Н. Витер // Химия и химики № 4. –
2008. – Режим доступа: http://chemistry-chemists.com/N4/96-107.htm
2. Сибиряк С. В. Влияние диоксинов на здоровье человека / С. В. Сибиряк, Н. Н. Курчатова, З. К. Амирова, Д. С. Сибиряк // Режим доступа: http://www.ecology.bash.ru/
index.php?option=com_content&view=article&id=21:&catid=8:&Itemid=10
3. Федоров Л. А. Диоксины как экологическая опасность: Ретроспективы и перспективы / Л. А. Федоров – М.: Наука, 1993. – 266 с.
4. Майстренко В. Н. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов /
В. Н. Майстренко, Р. З. Хамитов, Г. К. Будников – М.: Химия, 1996. – 320 с.
221
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 628.543
канд. техн. наук, доцент М. А. Варданян (ГОУ ВПО «Братский
государственный университет»)
СОРБЕНТЫ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ
ВСПУЧЕННОГО ПЕРЛИТА
В последние годы для извлечения нефти и нефтепродуктов (НП) из различных объектов окружающей среды всё шире используются модифицированные сорбенты (МС), отличаются от исходного материала развитой внешней поверхностью и, как следствие, высокой нефтеёмкостью. Основными
требованиями, предъявляемыми к таким материалам, являются: дешевизна, доступность, механическая прочность, химическая стойкость, селективность и высокая сорбционная способность по отношению к извлекаемой
примеси.
Целью данной работы явилось изучение возможностей получения сорбентов нефтепродуктов путем модификации поверхности вспученного перлита (ВП) различными диатомитами.
При решении поставленных задач применялись гравиметрический
и фотометрический методы определения нефтепродуктов в водах, потенциометрический метод определения рН. В качестве НП использовали смесь
моторного масла (ТУ 38.601-01-220-92), дизельного топлива (ТУ 305-82)
и бензина (АИ ГОСТ Р51105-97).
Для получения МС были использованы ВП смеси фракций 5 - 10 мм (γ =
= 110 кг/м3) и диатомит смеси фракций 40–80 мкм – натуральный (ДН),
кальцинированный (ДК) и с флюсом (ДФ). Модифицирование ВП проводили в следующей последовательности:
– обработка вспученного перлита водными суспензиями модификатора
с концентрацией 0,2–2,0 % при комнатной температуре в течение часа;
– сушка (удаление растворителя) сначала на воздухе, а далее в сушильном шкафу в течении 1 часа при температуре 100–105 °С;
– обжиг в муфельной печи обработанного материала в муфельной печи
при температуре 200–500 °С в течение 0,5–2 часа.
Оптимальные параметры модифицирования ВП указанными соединениями определялись экспериментально. Сравнительно высокие поглотительные
способности по отношению к нефтепродуктам проявляли образцы, модифицированные 0,8 % суспензией ДК, 0,8 % суспензией ДФ и 0,4 % суспензией ДН. Значения их статической нефтеёмкости превышают соответствующий
показатель немодифицированного ВП (0,4 г/г) в среднем в 1,3–2 раза [2].
222
Секция водоотведения и экологии
Для исследования возможностей применения полученных МС для извлечения НП из воды и грунта были изготовлены минипакеты из сетки размером 7х7см, заполненные МC. Исследования их нефтепоглотительной
способности проводились на модельных нефтесодержащих водах и грунте.
В фарфоровые чаши наливали 500 мл дистиллированной воды и разливали на её поверхности 10–15 мл смеси НП. На водную поверхность укладывали подготовленные маты, оставляли 24 часа, после чего извлекали, высушивали при комнатной температуре и взвешивали. По разности масс до
и после сорбции определяли нефтеёмкость. Результаты взвешиваний подтвердили приведенные выше показатели нефтеёмкости для всех МС в статических условиях.
Образцы модельного грунта массой 300 г помещали в стеклянные стаканы объемом 250 мл (высота грунта в них составляла 7 см) и производили разлив 15 мл смеси НП на его поверхности. Далее на поверхность укладывали маты, выдерживали 24 часа, после чего взвешивали. Было установлено, что извлекающая способность МС при их контакте с грунтом ниже
в среднем на 20 % соответствующего показателя для вод, очевидно, вследствие невозможности сорбции нефтепродуктов, просочившихся в нижние
слои грунта.
Апробацию полученных сорбентов в качестве фильтрующей насадки
для очистки натурных вод автотранспортного предприятия, содержащих не
более 5 мг/л нефтепродуктов, проводили на укрупнённой установке, состоящей из напорного бака и фильтра с верхней распределительной системой.
Высота слоя сорбента в фильтре составляла 17 см, масса 100 г. В среднем,
объемная скорость воды не превышала 3 л/ч и регулировалась вентилем.
Очищенную воду собирали и анализировали на содержание НП гравиметрическим и фотоколориметрическим методами. Результаты анализов вод
приведены на рисунке.
Было установлено, что рН всех вод после фильтрования близки к нейтральным и составляют 6,48–7,25 ед. рН. Сравнение полученных экспериментальных данных с нормативами содержания нефтепродуктов в воде
показывает, что концентрации, ниже ПДКНП в источниках хозяйственнопитьевого и культурно-бытового назначения (0,3 мг/л) достигались только на начальном этапе фильтрования при использовании сорбента ВП+ДК.
До проскока НП через данную насадку было пропущено около 6 л натурной
воды. Для контроля прочности сорбции НП на ней после прекращения подачи натурной воды в фильтр сверху была подана дистиллированная вода.
Анализ показал отсутствие в ней НП, что свидетельствует о прочности связывания нефтепродуктов указанным сорбентом.
223
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоотведения и экологии
митами – натуральным, кальцинированным и с флюсом. Выявлено, что нефтеёмкость всех модифицированных образцов превышает соответствующий показатель исходного материала примерно в 1,2–1,4 раза.
С ост, мг/л
3
2,5
2
Литература
1. Тарасевич, Ю. И. Физико-химические основы и технологии применения природных и модифицированных сорбентов в процессе очистки воды / Ю. И. Тарасевич
// Химия и технология воды. – 1998. – т. 20. – №1. – С. 36–38.
1,5
1
0,5
0
0
2
4
6
8
10
V,л
Зависимость остаточной концентрации НП от объёма отфильтрованной воды: ■ ― ВП + ДК, ▲ ― ВП + ДФ, ○ ― ВП + ДН
На основании экспериментальных данных, полученных при фильтровании через образец ВП+ДК, было рассчитано значение его динамической нефтеёмкости Eд по формуле:
Ед 
V C1  C 2 
,
M
где V – объем всей профильтрованной воды, л; С1 и С2 – соответственно,
концентрации нефтепродуктов в сточной воде до и после очистки, мг/л; М –
масса сорбента, г.
Динамическая нефтеёмкость составила 0,253 г/г.
Сравнительный анализ полученных данных показывает, что нефтеёмкость образца ВП+ДК в динамических условиях меньше соответствующего показателя в статических условиях. Однако она превышает в 1,25 раз нефтеёмкость немодифицированного вспученного перлита (0,2 г/г), применяемого в промышленных фильтрах тонкой очистки [1].
Остаточные концентрации НП в водах, очищенных образцами ВП+ДФ
и ВП+ДН составляли, соответственно, 0,465 и 2,812 мг/л на конечном
этапе фильтрования. Эффективность очистки не превышала 91 и 44%.
Следовательно, эти сорбенты можно использовать только для грубой очистки нефтесодержащих вод. Утилизировать отработанные МС можно сжиганием в качестве высококалорийного топлива.
Таким образом, установлена возможность получения новых сорбентов
путём модификации поверхности вспученного перлита различными диато224
225
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
УКД 628.171:7
аспирант Т. Ю. Лашманова,
д-р техн. наук, профессор Ю. А. Феофанов (СПбГАСУ)
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ КУРОРТНОГО
РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Водной стратегией РФ на период до 2020 года намечено решение ряда
задач, по гарантированному обеспечению сбалансированной потребности
населения и объектов экономики в водных ресурсах. Основными из этих задач являются: ликвидация дефицита водных ресурсов в отдельных регионах страны, повышение качества питьевой воды, повышение уровня доступа населения к централизованным системам водоснабжения. Региональной
целевой программой «Чистая вода» намечено повышение эффективности
и надежности функционирования системы водоснабжения Санкт-Петербурга, обеспечение населения в достаточном количестве питьевой водой
нормативного качества при своевременном учете масштабов роста и развития города на перспективу до 2020 года. Для реализации этих задач предусматривается комплексная реконструкция станций водоподготовки, водораспределительной системы города, сокращение объемов потерь и непроизводительных расходов воды в системе, увеличения объемов использования
подземных вод для питьевого водоснабжения и создания на их основе резервных источников водоснабжения поселений.
В настоящее время водоснабжение Курортного района СПб составляет
39,4 тыс.куб.м в сутки. Из них лишь 20,5 % обеспечивают из месторождений подземных вод и 79,5 % поступает от Северной ВОС. Часть территории района от п. Парголово до г. Сестрорецка и частично п. Солнечное/
Дюны снабжаются городской водой по магистральным водоводам от
Северной ВОС через Кушелевскую ПНС. Поселок Белоостров обеспечивается локальной водопроводной системой от подземного источника, поселки Солнечное, Репино, Комарово снабжаются водой от многочисленных малодебетных подземных источников и частично от водопроводной системы
г. Зеленогорск. Город Зеленогорск и п. Ушково снабжаются от месторожде226
Секция водоснабжения
ния «Зеленогорское». В поселке Молодежное водоснабжение производится
из 3-х скважин без надлежащей очистки.
Вода на выходе с Северной ВОС удовлетворительного качества, однако,
качество воды, поступающей в г. Сестрорецк ухудшается, ввиду длительного пребывания (до 3 суток) в трубопроводах, имеющих стальные участки.
Сложившая система по источникам водоснабжения и значительная протяженных магистралей не позволяет обеспечивать водопотребления водой
питьевого качества без дополнительной доочистки. Вода от используемых
подземных малодебетных скважин водоснабжения не полностью отвечает
санитарным нормам и требованиям и перед подачей в водопроводную сеть
должна также подвергаться очистке.
Примером успешного использования запасов подземных вод является
Зеленогорская водопроводная станция, на которой были проведены значительные работы по реконструкции и модернизации. Водопроводная станция обслуживает г. Зеленогорск и ближайшие поселки Курортного района
Санкт-Петербурга.
Вода забирается из артезианских скважин нижнего мореного горизонта
(на глубине около 80 м). Расход скважин колеблется от 50 м3 /ч (скважина на
территории водопроводной станции) до 250 мЗ/ч (скважина на расстоянии
5 км), в зависимости от напора и используемого оборудования. Характерной
особенностью состава подземных вод является повышенное содержание
железа до 10 мг/л, а также марганца - до 1 мг/л. По остальным показателям артезианская вода соответствует существующим нормативам. В результате внедренной технологии достигнуто снижение содержания марганца
в питьевой воде, подаваемой Зеленогорской ВС, до величин, не превышающих 0,1 мг/дм3 . Качество воды, очищенной на Зеленогорской водопроводной станции после ее модернизации имеет высокий уровень.
По заданию ГУП «Водоканал СПб» ОАО «СПбЗНИиПИ» выполнило
разработку проекта по развитию системы водоснабжения Курортного района с перспективой до 2025 года. В процессе работы был произведен анализ
имеющихся источников водоснабжения и возможности их развития в соответствии с ростом водопотребления, проектные предложения водоснабжения территории проектирования.
Водопотребление населенных пунктов Курортного района отличаются
от водопотребления Санкт-Петербурга в связи с изменением в летнее время численности населения, повышения заполняемости домов отдыха и санаториев.
Для определения водопотребления в летнее время на период планирования все поселения были разделены на две группы. К одной группе отнесены
227
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
поселения с развивающимся многоэтажным строительством городского типа
и поселения, в черте которых имеется или планируется промышленное производство. В этих зонах потребление воды не подвержено значительным колебаниям в течение года. Ко второй группе отнесены поселения с малоэтажной
застройкой, поселения дачного и коттеджного строительства, а также поселения, в состав которых входят санатории и дома отдыха. Для этой группы абонентов сезонная неравномерность водопотребления более высокая.
К первой группе населенных пунктов с относительно равномерным
в течении года режимом водопотребления относятся города Сестрорецк,
Зеленогорск и Сертолово. Планируется многоэтажная застройка в Осиновой
роще, Песочном, Горской в п.Лисьий нос. Вблизи п.Новоселки, имеющем
в настоящее время в основном дачную застройку, строятся крупные промышленные предприятия. К этой же группе отнесены поселки Решетниково
и о/п «Красавица». С учетом развития предприятий сферы услуг, для этой
группы поселений принят коэффициент сезонности 1,1.
Ко второй группе относятся поселки Тарховка, Разлив, Белоостров,
Солнечное, Репино, Комарово, Ушково, Смолячково и Серово. Характер застройки этих территорий – дачно-коттеджная застройка, санатории, пансионаты и дома отдыха. В перспективе ожидается, что характер застройки этих
поселений не изменится. Средний коэффициент сезонности по этой группе,
рассчитанный с учетом весовых коэффициентов, равен 1,3.
Изменение водопотребления городов и регионов, вызываемое рядом
социально – экономических факторов, требует постоянного мониторинга
и анализа для составления перспективных прогнозов объемов подачи воды.
Анализ данных по общей подаче водопроводной воды в Санкт – Петербурге
за последние годы свидетельствует о существенном усилении тенденции
к сокращению водопотребления города. Существенный вклад в снижение
подачи воды достигнут за счет сокращения неучтенных расходов и потерь
воды в распределительной сети, объем которых сократился за четыре года
на 47 %.
По предварительным оценкам, выполненным на основании исследований, проведенных с участием кафедры “Водоснабжение” СПбГАСУ и ГУП
“Ленгипроинжпроект” величина удельного водопотребления в жилых домах
с централизованным горячим водоснабжением на перспективу 2015-20годы
составит 250-280 л/сут. на чел. Основываясь на этих данных, при перспективном планировании развития системы водоснабжения Курортного района
была принята удельная норма водопотребления 270 л/сут., в расчете на расширениие зоны санаториев, пансионатов и других объектов, строящихся на
данной территории.
Водоснабжение г. Зеленогорск, п. Комарово, п. Ушково, п. Решетниково
и о/п «Красавица» к 2012 г. составит 14,57 тыс. м3/сут., что может быть обеспечено от Зеленогорской ВОС, производительность которой необходимо
увеличить до максимальной мощности 15 тыс. м3/сут. Водоснабжение поселков Смолячково, Молодежное и Серово – 2,4 тыс. м3/сут., которое нужно
будет производить от местных месторождений «Молодежное» и «Серово»,
утвержденные запасы которых 24,5 тыс. м3/сут. и 12,2 тыс. м3/сут соответственно.
Вода, поступающая в г. Сестрорецк от Северной водопроводной станции,
имеет повышенное содержание железа, вследствие ее длительной транспортировки по существующим стальным водоводам, прокладки 1970 – 1980 гг.
Для обезжелезивания городской воды, поступающий в Курортный район
предусмотрено строительство станции по обезжелезиванию. Водоснабжение
поселков Солнечное/Дюны и Репино к 2015г. составит 10 тыс. м3/сут., которое
можно обеспечить от месторождения «Солнечное» с утвержденными запасами 12,5 тыс. м3/сут. Для очистки подземных вод предполагается строительство ВОС «Ржавая канава» в районе месторождения Дюны. Таким образом,
к 2025 г. построенная ВОС будет иметь производительность 35,5 тыс м3/сут
и очищать воды обоих месторождений.
Водоснабжение г. Зеленогорск, п. Комарово и п. Ушково, п. Решетниково
и о/п «Красавица» к 2015 году составит 21,85 тыс. м3/сут., что не может
быть обеспечено от Зеленогорской ВОС. Для обеспечения водоснабжения
г. Зеленогорска и прилегающих поселков необходимо подать воду от ВОС
Молодежный в объеме до 6,85 тыс. м3/сут. по 2 водоводам Ø 500 мм к ВОС
Зеленогорска.
Водоснабжение поселков Солнечное/Дюны, Репино и Белоостров составит 18,8 тыс. м3/сут. Для обеспечения этого водопотребления необходимо будет увеличить производительность ВОС «Ржавая канава» до 20 тыс. м3/сут.
Водоснабжение поселков Смолячково, Молодежное, Серово – 3,4 тыс.
м3/сут., которое будет производиться от ВОС «Молодежное». С учетом поставки воды на ВОС Зеленогорска производительность ВОС и НС «Молодежное» к 2015 году должна составлять 12 тыс. м3/сут.
Водоснабжение г. Зеленогорск, п. Ушково, п.Комарово п. Решетниково
и о/п Красавица к 2025 году составит около 30 тыс. м3/сут. В том числе собственно г. Зеленогорск будет потреблять 19,2 тыс. м3/сут. в курортный сезон.
В тоже время водоснабжение поселков Смолячково, Молодежное, Серово
составит 6,3 тыс. м3/сут. В период с 2015 по 2025 гг. необходимо будет провести реконструкцию ВОС Молодежное с повышением ее мощности до
22 тыс. м3/сут (вторая очередь) и увеличить подачи воды в Зеленогорск до
228
229
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
15 тыс. м3/сут. Водоснабжение поселков Солнечное/Дюны, Белоостров,
Репино составит 27,6. м3/сут. Максимальная производительность ВОС «Ржавая канава» с учетом забора воды от месторождений Дюны и Солнечное составит 30 тыс. м3/сут. Таким образом, проектная производительность ВОС
«Ржавая канава» в 2025 году должна составлять 30 тыс. м3/сут. Такая схема
водообеспечения позволит обеспечить водоснабжением всю зону, запитанную от подземных источников, с возможностью подачи резервной воды, как
со стороны п. Молодежного ,так и со стороны ВОС «Ржавая канава».
Водопотребление п. Лисий Нос, п. Горская, п. Александровская, п. Тарховка, п. Разлив и г. Сестрорцк в 2025 году должно составлять 72 тыс. м3/сут.
Вода на Горскую НС станцию будет поставляться по магистрали Песочная –
Горская по трубопроводу п. Ольгино / Лахта – п. Лисий Нос – Горская НС.
Проектная производительность НС «Ольгино должна составить к 2025 году
90 тыс. м3/сут.
подземные воды. При уменьшении давления или при повышении температуры из воды выделяется нерастворенный воздух.
Согласно литературным источникам [1, 2, 3] количество нерастворенного воздуха, приведенное к атмосферному давлению, в воде, транспортируемой по напорным водоводам, в среднем составляет 0,5–2,5%.
Нерастворенный воздух в водоводе может находиться [1] в разных положениях в зависимости от режима работы водовода, профиля его укладки и
скорости течения воды (рис. 1).
Литература
1. Водоснабжение Санкт-Петербурга // Под редакцией Ф. В. Кармазинова. –
СПб: Новый журнал, 2003. – 688 с.
2. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных
систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.1074–01.
3. Феофанов Ю. А., Кинебас А. К., Бекренев А. В. Модернизация Зеленогорской
водопроводной станции. ВиСТ, №6, 2010.
4. Материалы ОАО «СПбЗНИиПИ».
УДК 628.14
аспирант И. П. Парцын (ПГУПС)
ВЛИЯНИЕ НЕРАСТВОРЕННОГО ВОЗДУХА НА РАБОТУ
НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
Воздухом называют смесь нерастворенных в воде газов, которая содержится в воде, подаваемой по напорным водоводам [1]. Попадает этот воздух
в водоводы через неплотности в соединениях труб во всасывающей линии
до насосов или на отдельных сифонных участках, работающих под вакуумом. Воздух также засасывается через сальники насосов со стороны всасывания, остается в трубах при их первоначальном заполнении водой или при
заполнении труб после ремонтов. Большое количество воздуха попадает
в водоводы вместе с водой через водоприемники, особенно на бурных горных реках. Также известно [1, 2], что большое количество газов содержат
230
Рис. 1. Положения скоплений нерастворенного
воздуха в воде в трубопроводе
Нерастворенный воздух на горизонтальных участках водовода, как при
течении жидкости, так и при отсутствии течения в основном находится
в виде мелких пузырьков в верхней части трубы (рис. 1.1-I). На пересеченной местности при наличии возвышенных переломных точек профиля водовода нерастворенный воздух в трубах с водой может занимать различные
положения. Воздух скапливается на вершинах при отсутствии течения воды
(рис.1.1-II, а и III, а). При течении воды со сравнительно небольшой скоростью (меньше так называемой «критической») воздух собирается в скопления (воздушные мешки), которые могут находиться как на вершинах
переломов профиля (рис.1.1 -III, а и III, б), так и на нисходящих ветвях
трубопроводов (рис.1.1-III, в). При определенных скоростях течения воды
скопления воздуха могут перемещаться вместе с водой и выноситься из
труб течением воды.
Исследования показывают [1], что наличие в напорных трубопроводах
небольших пузырьков воздуха по существу не влияет на работу водовода,
231
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
более того нерастворенный воздух существенно снижает скорость распространения волн гидравлического удара, а, следовательно, уменьшает величину добавочного напора, возникающего при таком грозном явлении, как
гидравлический удар. Однако крупные воздушные скопления [1, 3], появляющиеся при определенных условиях в трубопроводах, могут существенно снизить производительность водовода и увеличить потери напора в нем.
На рис. 2 представлен случай, когда скопление воздуха (воздушная пробка) вообще перекрывает течение в водоводе, такое положение может возникнуть, например, при заполнении трубопровода после ремонта. Воздушное
скопление большой длины располагается в основном на нисходящей ветви
трубопровода. Напор от насоса Н1, действующий на правую часть воздушной
пробки, вследствие специфического рельефа местности, оказывается меньше напора Н2 от водонапорной емкости, действующего на левую часть воздушной пробки. Насос в этом случае не в силах протолкнуть пробку и течение воды по водоводу отсутствует до тех пор, пока напоры не уравновесятся.
Таким образом, образование воздушных пробок отрицательно сказывается на эксплуатации напорных трубопроводов различного назначения, поскольку появляется дополнительное гидравлическое сопротивление, увеличивающее потери напора и расход электроэнергии. При ограниченном напоре насосов это может снизить пропускную способность водоводов, нарушается работа насосов, в отдельных случаях могут быть спровоцированы
гидравлические удары и, как следствие, аварии с нарушением герметичности трубопроводов, а также повреждением запорно-регулирующей арматуры, увеличивается время заполнения водоводов по окончании строительных
или ремонтно-диагностических работ. Поэтому для нормальной эксплуатации водоводов, согласно СНиП [4], нерастворенный воздух должен удаляться из напорных трубопроводных систем.
Литература
1. Дикаревский B. C. Водоводы. Монография: Труды РААСН. Строительные науки. т.З. – М.: РААСН, 1997. – 200 с.
2. Дикаревский В. С., Краснянский И. И. Напорные водоводы железнодорожного
водоснабжения. – М.: Транспорт, 1978. – 360 с.
3. Водоснабжение Санкт-Петербурга. Коллектив авторов. – СПб.: Изд-во
«Новый журнал», 2003. – 688 с.
4. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой
СССР. – М.:Стройиздат, 1996. – 128 с.
УДК 628.16
канд. техн. наук, профессор Л. И. Акимов,
аспирант С. Ю. Лапчик (СПбГАСУ)
Рис. 2. Случай закупорки трубопровода воздушной пробкой (Н2 > Н1):
1 - водонапорная емкость; 2 - пьезометрическая линия;
3 - воздушная пробка; 4 - насосная станция
Воздушные пробки так же являются серьезной проблемой эксплуатации
напорных канализационных трубопроводов. Воздушные скопления образуются в повышенных точках трассы трубопроводов в результате скопления
выделяющейся из сточной воды газовоздушной смеси, а также при заполнении опорожненных трубопроводов, если некоторый объем воздуха остался
не вытесненным сточной водой.
232
К ВОПРОСУ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ СОРБЦИОННОЙ
АКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОГО
УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА (МУС)
В настоящее время сорбенты на основе активированных углей занимают
ведущее место среди фильтрующих материалов. Область применения углеродных сорбентов значительно расширилась: они играют важную роль в защите окружающей среды.
Основной целью нашей исследовательской работы является разработка
экономически целесообразного и технически обоснованного способа получения высококачественного и экологически чистого углеродного сорбента, для
сферы очистки бытовых и промышленных сточных вод от нефтепродуктов
233
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
и органических соединений поэтому, в настоящей статье будет освещён ход
наших исследований и результаты, полученные на данный момент.
3. Сорбционная активность по йоду по ГОСТ 6217-74
Как показывают проведённые по ГОСТ 6217-74 /2/ эксперименты,
МУС обладает достаточно низкой адсорбционной активностью по йоду.
Активность по йоду составляет примерно 100 – 110 мг/г сорбента, что практически на порядок ниже соответствующего показателя у активированного угля из скорлупы кокосового ореха, который составляет от 900 – до
1000 мг/г сорбента. Данные результаты позволяют понять, почему в свойствах аналогов нашего сорбента вообще нет данных по этому показателю
/1/. В настоящий момент ведутся работы выявлению причин таких результатов, а также по увеличению значения данного показателя.
1. Массовый выход сорбента в зависимости от соотношения
составляющих опыта
Ì Массовый
àññî âû é выход
âû õî äвâ%%
95
91,3
91,7
90
87,5
86,4
Ñî ðáöèî í í àÿ
àêòèâí î ñòü по
ï î éî
ä ó âвì мг/г
ã/ã
Сорбционная
активность
йоду
85
180
85
%
170
165,1
165,1
6
7
158,75
160
80
150
76,9
139,7
140
мг/г
ìã/ã
75
120
110
70
1
2
3
4
5
6
¹ âû
áî ðêè
Номер
выборки
127
130
120,65
107,95
100
90
80
1
На графике показаны основные точки выборки. Пик позволяет предположить, что данное соотношение всех составляющих опыта является оптимальным, однако данный вывод требует уточнения посредством повторного проведения опытов.
2. Влияние сорбента на pH очищаемой жидкости
Полученные данные по влиянию сорбента на pH очищаемой жидкости позволяют говорить о том, что в процессе получения сорбента, путём изменения составляющих опыта, а так же условий проведения самого эксперимента, мы получаем сорбент с устойчивыми заданными свойствами в отношении
водородного показателя. Что, в свою очередь, даёт возможность задавать необходимую степень корректировки pH в процессе очистки без дополнительной реагентной обработки.
234
2
3
4
5
¹ âû
áî ðêè
Номер
выборки
На графике представлены первые результаты в данном направлении:
путём добавления угольной пыли к исходным составляющим опыта (до
5-25%) удалось увеличить сорбционную активность МУС до 165 мг/г сорбента (на 35%). Результаты не являются окончательными, так как работы
в данном направлении продолжаются.
4. Сорбционная активность по метиленовому голубому
Первые опыты по определению адсорбционной активности МУС по метиленовому голубому также не дали желаемых результатов при определении данного показателя.
235
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
В настоящее время проводится работа по определению причин низких
результатов. На данном этапе существуют следующие варианты развития
событий: сорбент сам по себе обладает низкой сорбционной активностью
по данному показателю, была допущена ошибка при проведении опыта,
также есть предположение, что данный метод определения сорбционной активности по метиленовому голубому не подходит для данного вида сорбента. Если данное предположение получит подтверждение в ходе дальнейших
исследований в данном направлении, то будет поставлен вопрос о разработке нового метода или внесении изменений в уже существующий.
5. Сорбционная активность по железу и марганцу
Сорбционная активность по железу, выраженная в процентах, составляет 99,9% при исходной концентрации железа 3,5 мг/л.
Сорбционная активность по марганцу составляет 1,1%.
Данные результаты позволяют говорить о том, что МУС в достаточной
мере удаляет железо, однако не удаляет марганец.
6. Сорбционная активность по маслам и нефтепродуктам
Сорбционная активность по маслам и нефтепродуктам, выраженная
в процентах, составляет от 89,2% при концентрации 0,49мг/л до 94,3% при
концентрации 1,23мг/л. При больших входящих концентрациях сорбционная активность МУС возрастает.
Данные результаты позволяют говорить о том, что МУС хорошо удаляет масла и нефтепродукты. Для более обоснованных выводов, необходимо
наработать большую базу данных. Ведутся работы в данном направлении.
7. Фотографии МУС на электронном микроскопе
Фотографии МУС выполнены на сканирующем электронном микроскопе Quanta 200 во Всероссийском НИИ академии наук им. Иоффе в СПб.
Увеличение от 400 до 20 000 раз. Максимальное увеличение микроскопа
составляет 1 000 000 раз.
На данных фотографиях 1 и 2 видны слои графита с частично разорванными Ван-дер-Ваальсовыми связями, свернутые в кольцо. Такую форму
слои стремятся принять для того, чтобы компенсировать энергию разорванных связей и принять наиболее энергетически выгодное положение.
Особый интерес представляет правый верхний угол на фотографии 1 и левый верхний угол на фотографии 2, где зафиксирована изогнутая нить, которая, предположительно, может являться длинной нанотрубкой, образовавшейся в результате разрыва ковалентных связей гексагональных структур графита. Увеличение на фотографиях составляет 400 и 1000 раз соответственно.
236
Фотография 1
Фотография 2
Выводы делать рано, необходим более тщательный анализ увиденного,
а также необходимо получить результаты повторного фотографирования новых образцов сорбента.
Заключение
С учётом особенностей сорбента и данных по его сорбционной активности основным направлением применения МУС является очистка и доочистка
оборотной и сточной воды промпредприятий, а также очистка ливневого стока автозаправочных станций и нефтеналивных терминалов от широкого диапазона масел, нефтепродуктов и других органических загрязнений.
Литература
1. Лапчик С. Ю., Акимов Л. И. К вопросу получения и применения углеродных
адсорбентов на основе графита // Сборник докладов 63-й Международной научнотехнической конференции молодых учёных – 2010. – Часть III. – C. 101-108.
2. ГОСТ 6217–74 Уголь активный древесный дробленый. Технические условия.
УДК 628.16:081.312:628.164
аспирант В. Е. Протасовский (СПбГАСУ)
ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОТИВОТОЧНОГО
КАТИОНИРОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ТЮМЕНСКОЙ ТЭЦ-1
1. Общие положения
На Тюменской ТЭЦ-1 имеется водоподготовительная установка (ВПУ),
выполненная по схеме двухступенчатого умягчения воды, которая предна237
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
значена для восполнения потерь сетевой воды в системе теплоснабжения
города Тюмени. Подготовка воды для подпитки теплосети производится по
схеме, представленной на рисунке.
В результате реконструкции сократится пространство, занимаемое фильтрами механической очистки и ионитными фильтрами.
После реконструкции промывные воды от фильтров предварительной
очистки (проектируемых), а также регенерационные стоки Na-катионитовых
фильтров направляются в существующие баки нейтрализации. [1, 2, 3]
Исходная вода, поступающая на реконструируемую установку умягчения,
подается из баков осветленной воды после ее обработки на осветлителях.
Исходная вода, подогретая до температуры 30 °С, подается по коллектору на три осветлителя. Осветлители работают в режиме чистой коагуляции. Для предварительной обработки воды используются коагулянт - сернокислый алюминий и флокулянт - полиакриламид-гель технический.
Коагулированная вода после осветлителей подается в баки коагулированной воды, откуда насосами коагулированной воды по общему коллектору
подается на двухкамерные механические фильтры ФОВ-2К-3,4-0,6, загруженные термостойким классифицированным антрацитом, затем поступает
на 2 ступени прямоточных Na-катионитовых фильтров. Химочищенная вода
после Na-катионитовых фильтров подается на декарбонизатор для удаления
углекислоты.
После декарбонизатора вода самотеком поступает в баки химочищенной
воды, а из баков насосами подается на атмосферные деаэраторы для удаления из нее растворенных газов.
Деаэрированная вода поступает на подпитку теплосети или в аккумуляторные баки для создания резервного запаса химочищенной воды.
Проектная производительность установки умягчения 450 м3/ч.
2.1. Предварительная очистка от механических загрязнений
В среднем механические фильтры снимают 60% поступающих с коагулированной водой взвешенных веществ и обеспечивают их содержание в осветленной воде от 0,9 до 2,0 мг/л. Для обеспечения эффективной работы противоточных фильтров устанавливаются барьерные автоматические фильтры
с механизмом самоочистки взамен существующих двухкамерных фильтров
для задержания возможного залпового выноса взвешенных веществ. Сетка
фильтров имеет порог задержания до 10 мкм (в то время как осветлительные
фильтры обеспечивают порог задержания 30-50 мкм).
Исходная вода от насосов осветленной воды перекачивается на группу
сетчатых фильтров. Вода поступает на фильтр через цилиндрический фильтрующий элемент изнутри наружу, в результате чего частицы накапливаются
на внутренней поверхности сетки, образуя слой загрязнений. По мере роста
загрязнений увеличивается перепад давления. Дифференциальный выключатель измеряет перепад давления на сетке, и по достижении заданного значения включается очищающий механизм. Очистка мелкой сетки фильтра осуществляется вакуумным сканером, представляющим собой блок с электроприводом, который вращаясь, также совершает поступательное движение.
Приводной механизм вращает вакуумный сканер медленно и размеренно. Цикл очистки совершается примерно за 30 секунд. За это время форсунки проходят 100% сетки, удаляя слой загрязнений по всей ее поверхности. В течение цикла самоочистки очищенная вода продолжает поступать на
Na-катионитовые фильтры.
Установка автоматических сетчатых фильтров по сравнению с существующими осветительными фильтрами компактная, малогабаритная, проста
в автоматизации и позволит достичь требуемого качества воды по содержанию взвешенных веществ на входе в установку умягчения. [6]
2. Реконструкция узла умягчения
До 2012 г на станции будут проводиться работы по замене оборудования
с целью повышения качества умягченной воды.
2.2. Фильтры умягчения
Для повышения эффективности работы установки умягчения воды предлагается вместо существующей прямоточной технологии ионного обмена
Существующая установка умягчения воды на Тюменской ТЭЦ-1
238
239
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
применить технологию противоточной регенерации «Аэроклин», запатентованной компанией ЗАО НПП «Биотехпрогресс».
Технология противоточной регенерации «Аэроклин» представляет собой
систему с блокировкой слоя смолы инертным материалом. Обрабатываемая
вода подается нисходящим потоком с максимальной скоростью фильтрования до 50 м/ч, а регенерационный раствор – восходящим потоком.
Используется плотноупакованный слой ионообменной смолы с максимальным использованием объема фильтра, при этом имеется возможность
применения ионообменных смол разных производителей. Технология не
чувствительна к изменению рабочей нагрузки и имеет высокую эффективность регенерации и качество очищенной воды при минимизации эксплуатационных затрат. Для системы умягчения предлагается одноступенчатая
установка противоточного Na-катионирования с загрузкой монодисперсной
ионообменной смолой. [4, 6]
Литература
1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – C. 51.
2. ВНТП 81. Нормы технологического проектирования тепловых электростанций. – С. 29.
3. Приказ Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. – п. 4.8.
4. Белоконова А.Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций / А. Ф. Белоконова // Энергоатомиздат – М. – 1985. – С. 21–28.
5. Мещерский Н. А. Эксплуатация водоподготовительных установок электростанций высокого давления / Н. А. Мещерский // Энергоатомиздат – М. – 1984. –
С. 103–107.
6. Стерман В. Н. Химические и термические методы обработки воды на ТЭС /
Л. С. Стерман, В. Н. Покровский // Энергия – М. – 1981. – С. 29, 58–65.
2.3. Система регенерации фильтров
В процессе работы Na-катионитовых фильтров загрузка постепенно
истощается и ее необходимо регенерировать. Регенерация проводится 8%
раствором соли NaCl. Регенерационный раствор получается посредством
смешения умягченной воды с концентрированным 26% солевым раствором. Очищенная на установке Na-катионирования вода сливается в существующий бак химочищенной воды объемом 500 м3.
Поскольку противоточные фильтры умягчения чувствительны к наличию взвешенных веществ, для приготовления рабочего раствора соли подводится не осветленная коагулированная вода, а очищенная умягченная.
После умягчения на установке Na-катионитных фильтров вода поступает в существующий декарбонизатор для удаления свободной углекислоты,
а затем в бак химочищенной воды объемом 500 м3. [5]
3. Выводы
В результате реконструкции узла умягчения на Тюменской ТЭЦ-1 новая установка умягчения займет в 2 раза меньше места по сравнению с существующей при тех же объемах очищаемой воды; сократится объем воды,
необходимый на собственные внутренние нужны станции. Улучшатся показатели качества умягченной воды, а также сократится расход поваренной
соли на регенерацию и потери катионитовой смолы при ее частичном выносе с водой.
Установка полностью автоматизирована, что позволит оперативнее и более точно регулировать процесс работы оборудования.
240
УДК 628.16.081.32
аспирант Н. А. Грун (СПбГАСУ)
СХЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ МОДИФИЦИРОВАННОГО
АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ
Технология модифицированния фуллеренами активированных углей,
разработанная сотрудниками СПбГТИ(ТУ), позволила получить сорбент
с повышенной сорбционной активностью. Исследования по обработке водопроводной воды исходным (АУИСХ) и модифицированным углем (АУМ)
в режиме сорбции показали, что эффективность кондиционирования АУМ
превышает на 15-30% эффективность АУИСХ. Однако существенным недостатком применения активированных углей является низкий эффект их
регенерации. В данной работе показаны результаты исследований АУИСХ
и АУМ в режиме регенерации.
В качестве исходного материала в работе использовался активированный уголь марки БАУ-А производства ООО «Сорбент»: удельная поверхность SУД = 800 м2/г, объем микропор VМИ = 0,22 см3/г, объем мезопор VМЕ =
= 0,14 см3/г, предельный объем сорбционного пространства WS = 0,36 см3/г.
Введение фуллеренов в состав АУИСХ проводили с использованием водного
раствора фуллеренов заданной концентрации, стабилизированного краунэфиром. Количество вводимого краун-эфира составляло 2 г на 1 кг АУ. Удаление стабилизатора осуществлялось при температуре 170 0С в течение 1 часа.
Ранее проведенные исследования показали, что эффективность обратной промывки углей водой практически нулевая, а эффективность регенера241
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
ции щелочью отработанных углей незначительна. Для регенерации активных углей с целью восстановления их сорбционной емкости было решено
применять окислитель, вводя его в воду перед подачей на колонки с адсорбентами. В качестве окислителя использовался гипохлорит натрия.
Доза активного хлора в воде с гипохлоритом натрия для регенерации
определялась экспериментально. Для проведения работы использовалась
лабораторная фильтрационная установка лаборатории очистки воды кафедры водоснабжения СПбГАСУ. В качестве контролируемых показателей качества воды были приняты рН, железо общее (мг/л), окисляемость перманганатная (мг/л) и цветность (град).
Водопроводная вода с заданными различными дозами активного хлора (начиная с 1 мг/л и далее в сторону увеличения) обрабатывалась на колонках с АУМ и АУИСХ. Для проведения регенерации через колонки с АУМ
и АУИСХ было пропущено по 160 л исходной водопроводной воды со скоростью 2,5 м/ч для снижения эффекта очистки по окисляемости до 30%, свидетельствовавшего о необходимости проведения регенерации. Затем в 10 л
исходной водопроводной воды вводился гипохлорит натрия для получения
различных активных доз хлора в растворе, после контакта с окислителем
в течение 10 минут вода подавалась на колонки с АУМ и АУИСХ, со скоростью
фильтрования 1 м/ч. После каждого этапа подачи воды с гипохлоритом натрия
проводилась обратная промывка колонок исходной водопроводной водой.
После каждой стадии исследований определялись показатели качества
воды. Результаты исследований по эффективности очистки по цветности
в режиме сорбция-регенерация представлены графически на рисунке.
После обработки колонок с углями водным раствором гипохлорита натрия с дозой активного хлора 70 мг/л, удалось добиться снижения цветности, железа и окисляемости в водопроводной воде в режиме сорбции по
сравнению с результатами ранее проведенных исследований. В результате исследования было установлено, что применение гипохлорита натрия
в «классической» окислительно-сорбционной схеме обработки воды является менее эффективным, чем применение этого же реагента для регенерации
углей периодически в больших дозах (70 мг/л) и кратковременно.
Литература
1. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. – Л.: Химия, 1982. – 168 с.
2. Самонин В. В., Подвязников М. Л., Никонова В. Ю., Спиридонова Е. А., Шевкина А. Ю. Сорбирующие материалы, изделия, устройства и процессы управляемой
адсорбции. – СПб.: Наука, 2009. – 271 с.
3. Самонин В. В., Никонова В. Ю., Подвязников М. Л. Селективность модифицированных фуллеренами активных углей по отношению к смесям катионов цветных
металлов в водных растворах. ЖФХ. – 2008. – т. 82, № 8. – с. 1547–1551.
242
Секция водоснабжения
Эффект очистки по цветности и железу в режиме сорбция – регенерация: 1 – доза
активного хлора 1 мг/л; 2 – доза активного хлора 2 мг/л; 3 – доза активного хлора 5 мг/л;
4 – доза активного хлора 70 мг/л; 5 – доза активного хлора 30 мг/л;
6 – доза активного хлора 10 мг/л;
4. Самонин В. В., Никонова В. Ю., Подвязников М. Л. Сорбционные свойства модифицированных фуллеренами активных углей по отношению к катионам меди, серебра и свинца в водных растворах. ЖФХ. – 2008. – т. 82, № 8. – с. 1542–1546.
5. Грун Н. А., Ким А. Н. Исследование активированного угля, модифицированного фуллеренами, применяемого для кондиционирования водопроводной воды //
Вестник гражданских инженеров. – СПбГАСУ, 2010–2(23) – С.146–150.
6. Лукин В. Д. Регенерация адсорбентов. – Л.: Химия, 1983. – 216 с.
7. ГОСТ 11086–76. Гипохлорит натрия. Технические условия – М., Стандартинформ, 2006 – 6 с.
УДК 67.53.17
студентка Н. Д. Овсянникова,
канд. техн. наук, доцент А. В. Подпорин (СПбГАСУ)
БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ
ЛИВНЕВЫХ СТОКОВ
Ливневые сточные воды, собранные с территории проезжей части или автозаправки, являются разновидностью промышленных стоков. Они не безопасны
для жизни и здоровья человека, а также для благосостояния окружающей среды.
243
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция водоснабжения
Высокие требования норм ПДК загрязнений, сбрасываемых в водоемы
рыбохозяйственного и других назначений, в совокупности с возрастающими штрафными санкциями за нарушения этих требований активизируют
строительство и модификацию локальных очистных сооружений ливневых
стоков. Поэтому на рынке широко представлены многочисленные устройства и системы по очистке воды. Однако многие из ЛОС не справляются
с поставленными перед ними задачами.
Первой задачей является очистка, в основном от взвешенных веществ
и нефтепродуктов.
Второй задачей можно назвать общую задачу для нового строительства
и реконструкции: сокращение человеческого фактора при эксплуатации
на столько, на сколько это возможно.
Также необходимо просчитывать сооружения не только на режим работы «прямого хода», но и возможность регенерации, а также утилизации отходов и отработанных материалов.
Выполнение всех этих задач не должно мешать конкурентоспособности
сооружения. В условиях рыночных отношений России капитальные затраты имеют слишком большой вес по сравнению с затратами эксплуатационными.
В процессе дипломного проектирования я занималась разработкой сооружений, отвечающих требованиям, предъявленным выше.
Основной проблемой при очистке ливневых сточных вод, собранных с проезжей части и автозаправок, является удаление нефтепродуктов.
Нефтепродукты хорошо сорбируются активированным углем, но сорбционная емкость углей по отношению к стоимости углей слишком маленькая.
При высоком содержании нефтепродуктов на проезжей части сорбирующие
материалы «забиваются» через 1-3 дождя (как показывает опыт эксплуатации некоторых ЛОС). Такое использование дорогостоящих сорбентов не рационально (регенерация сорбентов часто малоэффективна и нераспространена).
Согласно проведенным на кафедре водоснабжения исследованиям, глубокую очистку от нефтепродуктов может производить только активированный уголь (в частности БАУ, на котором и производились испытания).
В ходе научно-исследовательской деятельности я изучала возможности
различных материалов быть «буферной зоной», защитой активированных
углей от высоких концентраций нефтепродуктов. Необходимо было подобрать предварительную ступень очистки, которая позволяла бы (независимо
от концентрации нефтепродуктов на входе на ступень) получать достаточно
низкую концентрацию на выходе перед сорбентом, что позволило бы сокра-
тить нерациональное использование активированных углей. На этой ступени
должны были сочетаться процессы осаждения и коагулирования диспергированных нефтепродуктов. После этой ступени в воде остаются лишь истинно
растворенные нефтепродукты, а также «проскоки» загрязнений – именно на
них и рассчитаны сорбенты.
В процессе исследования было установлено, что способности материалов на этой ступени различны по отношению к разным нефтепродуктам.
Так сточные воды с автостоянок и автострад, в основном загрязненные переработанным машинным маслом и остатками дизельного топлива – «тяжелыми» нефтепродуктами, действительно были очищены материалами рассматриваемой ступени. Однако сточные воды с автозаправок, содержащие
бензин – «легкие» нефтепродукты, плохо очищались теми же материалами.
В результате было предложено продолжить научные исследования для
поиска материалов, пригодных для очистки слишком высоких концентраций «легких» нефтепродуктов, которые возможно было бы использовать
для защиты сорбентов.
Материалы, которые успешно задерживали высокие концентрации тяжелых нефтепродуктов, были исследованы на способность к регенерации и количество регенерационных циклов.
В ходе дипломного проектирования разрабатываются блочно-модульные
локальные сооружения, позволяющие очищать ливневые стоки с проезжей
части и автостоянки до норм сброса в рыбохозяйственный водоем с режимной картой эксплуатации, возможностью регенерации сооружений из материалов российских фирм-производителей.
244
245
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция гидравлики
СЕКЦИЯ ГИДРАВЛИКИ
УДК 532.5/7.001.12(076.1.5)
аспирант С. В. Федоров,
студентки Е. И. Голяк, О. А. Деюшина (СПбГАСУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ
В ВОДНОМ ОБЪЕКТЕ
В данной работе проводились исследования процесса нестационарной
турбулентной диффузии. При этом осуществлялось моделирование трансформации пятен примеси, образующихся при функционировании рассеивающего выпуска.
Математическая модель, описывающая распространение примеси в водоеме имеет вид дифференциального уравнения:
С 2   2 C  2 C 
С

 C  k1
 
V 
x   x 2 y 2 
t
 V  H
(1)
; С·k1 – функция, харакгде С – концентрация; η – число подобия,  
A
теризующая самоочищающую способность водоема.
С помощью выражения (1) проводили расчетные опыты, основываясь на данных изучения, сооруженного в 1955 г. глубинного рассеивающего выпуска сточных вод анилокрасочного производства в средней части Горьковского водохранилища (Кинешма-Заволжск) [1]. Данный выпуск
представляет собой две ветви труб (см. рис.1), расположенные на расстоянии 40 метров друг от друга по течению. Обе ветви снабжены 20 оголовками. Шаг оголовков на выпуске №1 составляет 5 м. На выпуске №2 – 2,5м.
Для прогнозирования поля концентрации в данном случае произвели раздельный расчет для зоны влияния выпуска №1 и зоны влияния выпуска №2,
а далее путем совмещения полученных концентраций в соответствующих
точках определили степень разбавления сточных в целом от двух выпусков.
Полученные при моделировании концентрации сравнивали с измеренными концентрациями в воде водохранилища в районе глубинного выпуска
(см. табл. 2 [1]).
246
Рис. 1. Расчетная схема сброса сточных вод:
1 – выпуск №1, 2 – выпуск №2, 3 – береговая линия, 4 – станция перекачки;
I – зона влияния выпуска №1, II – зона влияния выпуска №2, III– зона влияния 1 и 2
выпусков
Для проведения расчетов предварительно определяли размеры начальных пятен при выбросе по методике начального разбавления Н. Н. Лапшева
[2], исходя из соотношения плотностей сточной воды и воды в водоеме,
а также учитывая угол наклона оголовков по отношению к дну. Длина пятна составила Lп = 1,5м, а ширина Bп = 0,85м.
Расчет по каждому контрольному створу выполняли на ЭВМ и результаты сводили в таблицы. В качестве примера приводим таблицу концентрации
сульфатов (SO4) в воде при функционировании выпуска №1(табл. 1).
Таблица 1
Расстояние
от берега, м
20-60
130-150
200-270
0
13,3
126,8
13,3
1
13,3
72,9
63
Расположение створов, м
80
200
750
13,3
13,3
13,6
17,71
16,0
14,26
16,47
15,3
14,16
2500
13,5
13,6
13,6
4000
13,5
13,51
13,5
Далее максимальные концентрации в контрольных створах (K) перевели в относительные значения – K/K0, где K0 – концентрация сточных вод,
равная K0 = 1135 мг/л. По результатам расчета построили функцию моделирования и сравнили ее с данными, существующих исследований [3]
(рис. 2).
247
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция гидравлики
3. Лапшев Н. Н. Исследования и разработка методов расчета разбавления сточных
вод в водоемах и водотоках при применении рассеивающих канализационных
выпусков: дис. ... д-ра техн. наук. – Л., 1974. – 457 с.
УДК 532.5/7.001.12(0761.5)
д-р техн. наук, профессор В. М. Васильев
студент Ю. В. Столбихин
ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ПРИЕМНЫХ КАМЕР ПОСЛЕ
НАПОРНЫХ ВОДОВОДОВ И ИХ РАСЧЕТ
Рис. 2. Сравнение натуральных
данных и расчетов для рассеивающего выпуска в водоем
На графике помимо результатов измерения также представлена функция, рассчитанная по методике Фролова-Родзиллера (не учитывающая начальное разбавление) и функция выполненная Н.Н. Лапшевым по методике
расчета разбавления сточных вод в условиях одномерной задачи, в которой
учитывается начальное разбавление.
Сравнение приведенных функций показывает, что выполненный нами
расчет дает наиболее близкие к естественным измерениям значения относительных концентраций.
Данный результат дает основание полагать, что разработанная математическая модель переноса концентрации примеси может успешно использоваться для прогнозирования качества воды в водоеме.
Литература
1. Коновалова Е. Ф. Санитарная характеристика глубинного выпуска промышленных сточных вод в водохранилище / Коновалова Е. Ф., Кабанов Н. М., Лысогорова И. К. // Гигиена и санитария. – 1960. – №3. – 13–18.
2. Лапшев Н. Н. Расчеты выпусков сточных вод. – М.: Стройиздат, 1977. – 79 с.
248
После насосной станции на конце напорных водоводов необходимо
устройство приемных разгрузочных камер для гашения энергии потока.
Их задача заключается в разгрузке напорных водоводов от насосов насосной станции, защите водоводов от гидравлических ударов и создания требуемых условий для работы сооружений после приемной камеры.
Приемные камеры как элемент системы водоснабжения и водоотведения
устраиваются на очистных сооружениях, однако расчета или каких-либо рекомендаций по выбору того или иного варианта конструкции в литературе
не описано.
В данной работе были рассмотрены принципиальные конструктивные
решения приемных камер, различающиеся между собой способом подачи
перекачиваемой жидкости, и способом сообщения резервуара и отводящего
лотка. Проведен сравнительный анализ этих решений.
Была разработана методика расчета одной из конструкций, которая представляется наиболее оптимальной. Габариты резервуара приемной камеры
предлагается определять по геометрическим размерам осесимметричной
турбулентной струи, а отводящего лотка-гасителя энергии – на основе теории сопряжения бьефов. Уровень воды в резервуаре, расходы при различных вариантах истечения определяются на основе расчета водосливов.
Литература
1. Лапшев Н. Н. Гидравлика: учебник – 2-е изд. испр. / Н. Н. Лапшев – М.:
ACADEMICA, 2008. – 269 с.
2. Полушкин В. И. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Ч. I.
Теоретические основы создания микроклимата здания: учеб. пособие / В. И. Полушкин, О. Н. Русак, С. И. Бурцев и др. – СПб.: Профессия, 2002. – 176 с.
3. Ухин В. Б. Гидравлика: учебник / В. Б. Ухин, А. А. Гусев. – М.: ИНФРА-М,
2010. – 432 с.
4. Чугаев Р. Р. Гидравлика / Р. Р. Чугаев. – М. – Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 528 с.
249
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
СЕКЦИЯ ОБЩЕЙ И СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ
УДК 378.146:53
ассистент Я. Г. Кирк,
ассистент Е. В. Кулинская (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ
В связи с изменившимися нормативными актами с 01.01.11 года в области
образования в ВУЗе, возникает необходимость пересмотра не только образовательных программ, но и главным образом изменяется взаимоотношение
между студентом и преподавателем. На первый план теперь выходит сотрудничество. Образование согласно взглядам А. Я. Ляудиса [1] должно перейти
от авторитарности к демократическим взаимоотношениям. Всё это направлено на совместную творческую и продуктивную деятельность преподавателястудента. Для плодотворной работы необходимо в самом начале совместной
деятельности проанализировать знания студентов, с которыми они приступают к учебной деятельности в ВУЗе. Как это можно сделать более объективно, вот одна из главных задач которую ставит перед собой педагог, на начальном этапе обучения.
На 63-й международной научно-технической конференции был проведён
сравнительный анализ результатов между ЕГЭ, аттестатом и нулевым срезом.
[2] В течение года на выводах, которые были получены в результате исследования, на кафедре физики внедрялись новые методы организации учебного процесса, так же апробировались новые формы обучения и новые способы
контроля текущих знаний студентов. В начале нового учебного года возникла естественная необходимость продлить исследования, проводимые в прошлом учебном году и рассмотреть, как между собой согласуются оценки – аттестат - ЕГЭ, нулевой срез и экзамен за первое полугодие. В анализе принимали участие 300 студентов, группы всех факультетов.
В таблице рассматриваются средние баллы по следующим параметрам:
Учебный год
Аттестат
ЕГЭ
Нулевой срез
2009-2010
2010-2011
4,164
4,178
56,32
57,41
2,67
2,785
250
Секция общей и строительной физики
Из таблицы видно, что студенты в ВУЗ приходят с достаточно высокими
показателями и по ЕГЭ и по аттестату. Встаёт вопрос, а почему же тогда такие низкие результаты наблюдаются по нулевому срезу. Говорить о нулевом
срезе, как об остаточных знаниях, это не совсем корректно, т.к. после сдачи ЕГЭ прошло всего 2 месяца и знания должны быть ещё достаточно свежи. Какую же тогда школьную оценку можно брать, как критерий знания
студентов. Для этого рассмотрим, как оценки между собой взаимосвязаны.
Построим и рассчитаем корреляцию всех параметров между собой (осенний семестр – 2010–2011).
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,683
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,711
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,698
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,811
Экзамен за
первое
полугодие
3,204
3,287
251
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,822
Коэффициент корреляции (Пирсона)
R = 0,781
Секция общей и строительной физики
В-третьих, преподаватель должен продумывать систематический контроль знаний студентов на начальном этапе так, чтобы у студентов вырабатывался самоконтроль, т.к. при внеаудиторной работе студентов, этот пункт
будет очень важен в организации данного вида деятельности, на протяжении всего обучения.
Литература
1. Ляудис В. Я. Инновационное обучение: стратегия и практика / М.: Педагогика, 1994.
2. Кирк Я. Г., Кулинская Е. В. Анализ результатов тестирования по физике студентов 1-го курса / Кирк Я. Г., Кулинская Е.В. // Актуальные проблемы современного строительства: 63-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых. – СПб,
2010.
Из графиков и расчётов видно, что самый высокий коэффициент корреляции у аттестата и нулевого среза, экзамена за первое полугодие и аттестатом. Отсюда можно сделать вывод, что аттестат более точно показывает
умения и навыки первокурсника. ЕГЭ в меньшей степени согласуются с нулевым срезом. Поэтому можно сказать, что ЕГЭ с меньшей степени показывает знания, с которыми студенты приходят в университет.
Какой вывод можно сделать, на основании данного исследования. Вопервых, сейчас большой процент студентов идёт в ВУЗ не умеющими правильно «перерабатывать» полученную информацию. Отсюда не высокий
балл за экзамен первого полугодия. В настоящий момент перед преподавателем стоит огромная и очень сложная задача, научить первокурсников добывать и отбирать из огромного объёма информации нужный материал. Эта
проблема стоит остро ещё и потому, что в связи с переходом на Болонскую
систему, большое внимание уделяется самостоятельной работе студента.
А без навыков, которые были упомянуты выше, максимально нужного результата будет не добиться.
Во-вторых, большое внимание надо уделять на первом курсе мотивации
обучения. Создание условий для мотивации учащихся в процессе учебной
деятельности является сложной задачей. Сильное влияние на воспитание
студента, как личности, оказывают взаимоотношения с участниками учебного процесса. Для достижения максимальной эффективности обучения необходимо создать атмосферу творческого коллектива. Именно работа в коллективе, направленная на реализацию общих целей может стать одним из
главных стимулов обучения. Без этого мотивация студентов может быть недостаточной, что приведёт к плохому усвоению материала.
252
УДК 697.12:628.8:620.97
студенты Е. М. Арефьева, Е. В. Гродницкая, П. Н. Пачулия (СПбГАСУ)
ИНЖЕНЕРНЫЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ
В сложных климатических условиях Северо-западного региона эксплуатация жилых и общественных зданий связана с существенным потреблением энергоресурсов. В основном это объясняется тем, что большая часть зданий Санкт-Петербурга и других городов Северо-западного региона имеет
невысокие теплозащитные свойства ограждающих конструкций. Удельные
теплопотери в зданиях по экспертным оценкам распределяются следующим
образом: до 40% – за счет организованной и неорганизованной инфильтрации нагретого воздуха, до 30% – за счет недостаточного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, до 30% – за счет нерационального
расходования горячей воды и нерегулируемого режима эксплуатации систем отопления [4]. Это связано с тем, что нормативы по теплозащите зданий в нашей стране в течение длительного периода (порядка 20 лет) не
пересматривались. В то время как за рубежом проводилась постоянная корректировка нормативов теплозащиты зданий с учетом повышения цен на
энергоносители.
Наиболее простой и рациональный способ экономии энергии на отопление здания состоит в увеличении теплозащитных свойств ограждающих
конструкций.
Однако этот способ снижения энергозатрат не всегда оказывается эффективным с экономической точки зрения.
253
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
В нашей работе мы проанализировали существующие энергоэффективные здания.
Проект первого энергоэффективного здания начал осуществляться
в 1972 году в Манчестере, штат Нью-Хэмпшир, США архитекторами Николасом Исааком
Второе здание, которое было запроектировано и построено как энергоэффективное, – это здание «EKONO-house» в г. Отаниеми, Финляндия.
По концепции своего создания это были экспериментальные лаборатории,
в которых предстояло оценить эффективность архитектурных, инженерных
и технологических мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов, потребляемых зданиями.
В различных зданиях, относящихся к энергоэффективным, проблема необходимости эффективной теплоизоляции ограждающих конструкций для
уменьшения теплопотерь. решена по разному.
В первом энергоэффективном здании (в Манчестере, штат Нью-Хэмпшир, США) была выбрана двухслойная конструкция: внешний слой представлял собой теплоизоляционные панели из полиуретана толщиной 7,6 см,
покрытого с наружной и внутренней сторон алюминиевыми листами, а внутренний слой был выполнен из бетонных блоков толщиной 30 см. Расчеты
показали, что для достижения эффективной теплоаккумуляционной способности ограждающих конструкций они должны иметь массу, равную 500 кг/м2
пола [3].
В здании «EKONO-house» использовались два пути повышения эффективности ограждающих конструкций, обеспечивающие снижение теплопотерь и уменьшение затрат энергии на отопление и охлаждение здания:
• высокоэффективное уплотнение притворов, оконных рам и других подобных элементов для уменьшения теплопотерь с инфильтруемым воздухом;
• повышение теплоемкости ограждающих конструкций для накопления
тепла или холода и повышения теплоустойчивости здания.
Эффективные уплотнения (герметизация здания) позволяют обеспечить минимальные утечки воздуха и снизить затраты энергии на отопление
здания «EKONO-house», так как инфильтрация наружного воздуха – одна
из причин значительных теплопотерь в зданиях традиционной конструкции.
Еще одним примечательным энергоэффективным зданием является многоэтажный жилой дом в Никулино-2, Москва, Россия. В этом здании наружные ограждающие конструкции были обеспечены повышенной теплозащитой для уменьшения теплопотерь.
Эксплуатационное энергопотребление существующих жилых и общественных зданий в России примерно в 3 раза превышает аналогичные показатели в технически развитых странах со сходными природноклиматическими характеристиками.
Основные резервы теплосбережения можно реализовать при утеплении
существующих жилых домов. Утепление наружных стен – самый дорогостоящий и трудоемкий процесс - обеспечивает снижение теплопотерь примерно на 12–15%.
Повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций заключается в увеличении сопротивления теплопередачи до значений, определяемых действующими нормами. Это достигается утеплением теплоизоляционными материалами внутренних и наружных поверхностей стеновых
ограждающих конструкций, в некоторых случаях утепление производится
с обеих сторон стены одновременно. В среднем толщина утеплителя не зависит от расположения утепляющего слоя и для основных серий жилых домов Санкт-Петербурга должна составить 10 – 12 см [8].
Наиболее рациональными видами энергоэффективных наружных ограждающих конструкций являются многослойные композитные конструкции
стен и покрытий с использованием минеральных эффективных материалов.
К наиболее известным и распространенным способам утепления наружных стен относятся: вентилируемые конструкции утепления наружных
стен; невентилируемые конструкции утепления наружных стен с использованием минераловатных и полистирольных плит с креплением их непосредственно на стены или на каркас, а также всевозможные сочетания этих вариантов с использованием местных утеплителей.
В Институте строительных конструкций и прочности Берлинского технического университета и в фирме «Этернит» разработаны варианты конструктивных решений утепления наружных стен зданий под общим названием «вентилируемые фасады».
В Беларуси при утеплении крупнопанельных домов используется технология получившая название «термошуба».
На сегодняшний день ряд известных фирм предлагают систему утепления, известную как «мокрый фасад». Эта система утепления относится к наружному виду утепления. В процессах, применяемых при производстве фасадных работ, используется вода. Поэтому название фасадов, выполненных
по этой технологии, – «мокрые».
Можно выделить три основных слоя системы мокрый фасад:
1. Теплоизоляционный – плиты из теплоизоляционного материала с низким коэффициентом теплопроводности.
254
255
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
2. Армированный – состоит из специального минерального клеевого состава, армированного устойчивой к щелочи сеткой. Он обеспечивает защиту теплоизоляционного слоя.
3. Декоративный – грунтовка и декоративная штукатурка. Этот слой защищает теплоизоляцию от внешних воздействий (осадков, ультрафиолетового излучения, и т.п.). Более того, именно он определяет внешний вид фасадов.
Для многослойных конструкций исключительно важным является вопрос влагопереноса. Процесс появления влаги и накопление ее в конструкции можно отнести к одному из самых вредных факторов, приводящему
к разрушению конструкции, снижению теплозащиты, появлению плесени
и грибков. Поэтому каждый последующий слой в системе должен обладать
большей паропроницаемостью, чем предыдущий.
Оценка эффективности снижения энергопотребления за счет утепления
фасадов зданий по системе «BOLIX», являющейся разновидностью системы утепления «мокрый фасад», проводилась для одного из микрорайонов
Санкт-Петербурга. Получено, что утепление фасадов зданий старого жилого фонда по системе «BOLIX» позволяет практически на 50% сократить
энергопотребление зданий.
Thermo-ECO – новая теплоизоляционная экологически чистая штукатурная смесь, которая формирует теплоизоляционную систему зданий, обеспечивает экономию теплоэнергии и оптимальное использование имеющейся
электроэнергии. Это готовая к применению порошковая смесь, которую после перемешивания с водой можно применять для теплоизоляции зданий.
Покрытие внешнего фасада здания слоем толщиной 2,5 см обеспечивает
45%-ую экономию тепла, что создаёт существенную материальную выгоду, поскольку зимой, препятствуя утечке тепла наружу, снижает расходы на
отопление, а летом, предотвращая поступление тепла в помещение – на кондиционирование. Нет необходимости в первоначальном утеплении стены
(пенополистирол, минеральная вата и т. п.).
Теплопотери через окна достигают 50% от общих теплопотерь через
ограждающие конструкции, поэтому в первую очередь необходимо повышать теплозащитные качества окон. Оконные заполнения из древесины
и стеклопластика с тройным остеклением, в виде стеклопакетов, с двойным
остеклением и слоем пленки обеспечивают нормативные теплозащитные
требования. При реконструкции снижение теплопотерь через окна может
быть обеспечено посредством утепления откосов с установкой наличников и путем установки светопрозрачного экрана в межстекольном пространстве оконного блока с раздельными или спаренными переплетами. Введе-
ние экрана позволяет ограничить естественную конвекцию в прослойках
и добиться расчетного режима теплопроводности в окнах.
Одним из направлений развития энергосбережения в строительстве являются окна с теплоотражающими стеклами. Использование таких окон
в жилищном строительстве позволяет снизить потери тепла через них до
40 % энергии. В этом случае окупаемость дополнительных затрат не превышает 1,5 лет.
Также нами была рассмотрена экономическая составляющая утепления
фасадов. Среднее значение стоимости утепления фасадов на основании данных по Санкт-Петербургу и Москве приведены в таблице.
256
Среднее значение стоимости утепления фасадов на основании данных
по Санкт-Петербургу и Москве
Стоимость монтажа
Способ утепления
Мокрый фасад
Навесной вентилируемый
фасад
Теплоизоляционная штукатурная смесь Thermo-Eco
Без учета стоимости
материалов,
на 1 кв. м.
С учетом стоимости
материалов,
на 1 кв. м.
от 1000 р.
от 1050 р.
от 1850 р.
от 3300-6200 р.
от 1000 р.
от 3000 р.
Как показывает опыт европейских стран, внедрение энергетического аудита, в особенности тепловизионной съемки, позволяет выявить типичные
ошибки в проектировании и строительстве тепловой защиты, а также снизить фактическое энергопотребление вновь строящихся и реконструируемых зданий при соблюдении рекомендаций аудиторов. Несмотря на то, что
в нашей стране энергоаудит только набирает обороты, в ближайшие годы он
может стать одним из основных механизмов стимулирования застройщиков и собственников жилья к применению энергоэффективных технологий,
мощным фактором, способствующим реализации потенциала энергосбережения отечественного ЖКХ.
Анализ существующей системы энергоаудита выявил следующие недостатки: отсутствие параметров, позволяющих оценить потребительские качества зданий с точки зрения энергопотребления; отсутствие возможности
учета изменения теплофизических свойств строительных материалов с изменением температуры и влажности; раздельное рассмотрение процессов
теплопроводности и инфильтрации; при расчете теплопотерь фактически
257
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
не учитывается влияние воздухообмена, за исключением ряда эмпирических
поправок; наличие большого числа эмпирических коэффициентов, не связанных с климатом местности и архитектурно-планировочными решениями.
ции. Есть несколько вариантов помогающих снизить энергетические затраты, среди них можно выделить:
разработка новых технологий, конструкций.
увеличение толщины теплоизолирующего слоя.
Пример увеличения толщины теплоизоляционного слоя встречается
в технологии «Пассивного дома». В таких зданиях предусмотрена увеличенная толщина теплоизоляции Однако, достижение экономии за счет увеличения теплоизолирующего слоя не всегда целесообразно. Рассмотрим систему
навесных вентилируемых фасадов. Стоимость подконструкции НВФ зависит
толщины теплоизоляции. И вентилируемые фасады для экономии таким образом не подходят. Чтобы убедиться в этом, проведем следующий анализ.
Сделаем теплотехнический расчет, методика которого базируется на
требованиях СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий»[2] и СП 23-1012004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [3]. Полученные рузультаты сведем в таблицу.
Литература
1. СНиП 23–02–2003. Тепловая защита зданий. – М.: Госстрой России, 2004, 26 с.
2. СП 23–101–2000. Проектирование тепловой защиты зданий. – М.: Госстрой
России, 2004, 96 с.
3. Бродач М. М, Табунщиков Ю. А, Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. –
М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. – 200 с.
4. Булгаков С. Н. Энергоэффективные строительные системы и технологии //
«АВОК». – 1999. – 2. / http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=135
5. Войлоков И. А., Горшков А. С. Пути повышения энергоэффективности ограждающих конструкций зданий / Сб. док. 5-ая научно-практическая конференция 26-28
апреля 2000.–С.45 – 48.
6. Гагарин В. Г., Козлов В. В., Крышов С. И., Пономарев О. И. Теплозащита наружных стен зданий с облицовкой из кирпичной кладки // «АВОК». – 2009. – 6 /
http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4388
7. Дацюк Т. А.. Меллех Т. Х. Расчет теплопотерь через неоднородные ограждающие конструкции / Сб. докл. 5-ая научно-практическая конференция 26-28 апреля
2000. – С.49 – 52.
8. Леонтьева Ю. Н. Прогнозирование динамики тепловлажностного состояния
ограждающих конструкций жилых зданий Санкт-Петербурга и повышение их энергоэффективности. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. 2002. 180 с.
УДК 692.231.3
инженер Д. В. Немова (ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный
политехнический университет»)
АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЛЩИНЫ
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ В СИСТЕМАХ НАВЕСНЫХ
ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ФАСАДОВ (НВФ) В ЦЕЛЯХ ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
В последнее время все чаще поднимается вопрос энергоэффективности.
27 ноября 2009 вступил в силу федеральный закон от № 261–ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении
изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»[1].
Здание тем более энергоэффективно, чем меньше оно теряет тепла, энергии, чем выше сопротивление теплопередаче его ограждающих конструк258
Результаты теплотехнического расчета
№
1
2
3
4
Наименование
Градусо-сутки отопительного периода , Dd
Требуемое сопротивление теплопередаче, Rreq
Ед. изм.
Ссут
Показатель
4796
м2С/Вт 3,08
Термическое сопротивление ограждающей конструкции, Rk * м2С/Вт 2,526-6,304
Сопротивление
конструкции, R0 *
теплопередаче
ограждающей
5
Потери теплоты, Р на 1 м2*
6
Минимальная величина сопротивления теплопередаче, Rmin
* для каждой толщины утеплителя от 80 до 250 мм.
м2С/Вт 2,684-6,462
Вт
17-8
м2С/Вт 1,94
Далее делаем расчет затрат на отопление. Для этого находим потери теплоты за 10 лет по формуле [4]:
n
Qn ( n 1) 
 P(t )dt
n 1
где: P – теплопотери, Вт; n – срок (10 лет); Q – теплопотери за определенный срок (10 лет).
Учитывая изменения тарифа определяем затраты на электроэнергию
за этот срок [4]:
3
3
S n  (1,13(n 2  n  1 2 )  13)  0,32n  1,62
259
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
Стоимость за электроэнергию за любой год Sn определяется как произведение тарифа cn на электроэнергию Jn, израсходованную за n-й год.
Далее рассчитываем стоимость подконструкции системы НВФ для
каждой толщины утеплителя прибавляем к ней затраты на теплоизоляцию
и строим график зависимости стоимости подконструкции + утеплитель
и затрат на электроэнергию, выраженную в рублях, от толщины утеплителя (рисунок).
4. Сапегина Е. А. Энергоэффективность системы навесного фасада с воздушным
вентилируемым зазором: дисс. магистра техники и технологии: защищена 17.06.09 /
ГОУ СПбГПУ, кафедра «Технология, организация и экономика строительства»
5. Бердюгин И.А.Теплоизоляционные материалы в строительстве. Каменная
вата или стекловолокно: сравнительный анализ / И.А Бердюгин // Инженерностроительный журнал. 2010. №1. С. 26–31.
6. Смирнова Т Требования к теплоизоляции в конструкции вентилируемой фасадной системы / Т. Смирнова// Academia.Архитектура и строительство. 2009. № 5.
С. 427–429.
7. Кнатько М. В. К вопросу о долговечности и энергоэффективности современных ограждающих стеновых конструкций жилых, административных и производственных зданий / М. В. Кнатько, М. Н. Ефименко, А. С. Горшков // Инженерностроительный журнал. 2008. №2. С. 50–53.
8. Ступаков А. А. Обследование и мониторинг вентилируемого фасада с облицовкой плитами из натурального гранита / А. А. Ступаков // Academia. Архитектура
и строительство. 2009. № 5. С. 530–533.
9. Бутовский И. Н. Особенности теплотехнического расчета теплозащиты и энергопотребления современных жилых и общественных зданий при оценке их энергоэффективности / И. Н. Бутовский // Academia. Архитектура и строительство. 2009.
№ 5. С. 356–361.
10. Гагарин В. Г. Теплофизические свойства современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий / В. Г. Гагарин // Сборник трудов
II Всероссийской научно-технической конференции «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий»
10–11.12.2009. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009. С. 33–45.
11. Горшков А. С. Энергоэффективность в строительстве: вопросы нормирования и меры по снижению энергопотребления зданий / А. С. Горшков // Инженерностроительный журнал. 2010. №1. С. 9–13.
График зависимости стоимости подконструкция + утеплитель и затрат
на электроэнергию, выраженную в рублях от толщины утеплителя.
И как можно увидеть из рисунка, в результате на подконструкцию и теплоизоляцию мы потратим больше, чем сэкономим на электроэнергии за
10 лет.
Для решения вопроса энергоэффективности необходим комплексный
подход. В России на энергопотребление зданий уходит около 43 % всей вырабатываемой тепловой энергии. Необходимо искать новые способы повышения энергоэффективности, создавать и внедрять высокие технологии
в строительстве.
Литература
1. Федеральный закон от № 261–ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные
акты Российской Федерации»
2. СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий».
3. СП 23–101–2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
260
УДК 699.844.3
студентка М. А. Шутова (СПбГАСУ)
ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ДОМАШНЕГО КИНОТЕАТРА
История возникновения домашних кинотеатров начинается вовсе не
с момента изобретения телевизора, а с первых попыток создания объемного звука в 30-е годы. Лишь сорок лет спустя ситуация изменилась, когда
британец Рей Долби (Ray Dolby) создал первую профессиональную систему
шумоподавления, названную в его честь Dolby А. Переломным моментом
в истории развития кинотеатров стало появление «Звездных войн» Джорджа Лукаса. В конце 70-х годов успех этого фильма, записанного в системе
261
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
Dolby Stereo, привел к тому, что владельцы кинотеатров все как один принялись закупать специальное оборудование. Следующее судьбоносное событие случилось в 1982 году, когда был разработан декодер Dolby Surround,
позволяющий добиться эффекта присутствия за счет объемного звука в домашних условиях. Так родилась современная версия домашнего кинотеатра.
Предпочтительным решением для устройства домашнего кинотеатра является выделение под него отдельной комнаты. Лучшим местом станет подвал, либо цокольный этаж дома. Многие любят устраивать домашний кинотеатр в мансарде. Но с точки зрения звукоизоляции это не рационально.
В городской квартире под домашний кинозал должна быть выделена комната, максимально удаленная от спальни и детской, где тишина одно из необходимых условий. Соседскую стену также нельзя представить смежной
с таким помещением.
Само помещение обычно является неким эквалайзером, усиливающим
звук на одной частоте и приглушающим на другой. Как сами линейные размеры, так и их сочетания оказывают очень серьезное влияние на качество
звучания. Важно, чтобы линейные размеры (длина, ширина, высота) не
были кратны, и тем более равны между собой. В помещениях с кратными
длинами стен, квадратных и особенно кубических ярко выраженные резонансы начиная с 60 Гц будут ощутимо искажать звучание любых, даже самых совершенных акустических систем. Чем больше площадь помещения
и высота потолков в нем, тем лучше.
Во время просмотра кинофильма зритель должен получать чёткую звуковую картину. Из-за множественных отражений, искажений и неравномерности звукового поля звучащая фонограмма может иметь мало общего с записанной на диске. Для решения данного вопроса помещение «заглушают»
(уменьшают время реверберации) путем применения звукопоглощающих
отделочных материалов.
Вопросы звукоизоляции жилых помещений по ряду причин занимают далеко не приоритетное положение в сфере обеспечения должной комфортности зданий и сооружений. В строительстве одинаково недостаточную звукоизоляцию имеют как недорогие типовые проекты (что в принципе, понятно),
так и элитное жилье. Главной причиной недостаточной звукоизоляции жилья
вне зависимости от категории, по мнению специалистов, является тот факт,
что включение всех необходимых мероприятий по обеспечению качественной звукоизоляции на стадии проектирования и строительства значительно
повышает общую стоимость строительства (минимум в 1,5 раза). Для жилья массового спроса это кажется неоправданно дорогим удовольствием, поскольку там основной критерий — как можно большая площадь за минималь-
ную цену, а в элитном строительстве данная необходимость еще до конца не
осознана.
Самым простым способом звукоизоляции является массивная стена, которая будет отражать и поглощать некоторое количество звука. Закон массы:
удвоение массы стены уменьшает проникновение звука на 6 дБ. На практике существующие резонансы снижают это значение до 5 дБ. Другое важное правило: звукоизоляция становится менее эффективной с понижением
частоты звука. При понижении звука на октаву изоляционный эффект стены уменьшается также на 6 дБ. Таким образом, толстая стена является хорошим средством для изоляции средних и высоких частот, но чем глубже бас,
тем больше проблем.
Эффективность снижения уровня звука, проникающего через ограждение в соседнее помещение, оценивается индексом изоляции воздушного
шума, который измеряется в децибелах и учитывает снижение уровня звука
в диапазоне от 100 Гц до 3150 Гц. Аналогичная величина за рубежом называется Sound Reduction Index или STC (Sound Transmission Class). Для стены
в два кирпича значение индекса составляет 45 – 50 дБ. Нормативное значение индекса для ограждения между квартирами в домах категории А – 54 дБ,
категории В – 50 дБ.Практически это означает, что если внутри помещения музыка звучит громко, то в соседнем жилом помещении она тоже будет слышна, хотя и гораздо тише, причем в основном будут слышны басы.
При этом громкость со стороны соседа будет абсолютно неприемлемой.
Качество аудиосистем домашнего кинотеатра может производить звуки
в 100 дБ и даже в 120 дБ. В «тихой комнате» уровень звука должен составлять от 30 до 40 дБ. Таким образом, чтобы иметь «тихую комнату» по соседству с домашним кинотеатром стены должны иметь индекс изоляции воздушного шума или STC 60 дБ или более.Значение STC (Sound Transmission
Class)в 70–80 дБ является достижением мирового класса, что необходимо
для домашних кинотеатров топ-рейтинга. Достаточным считается в настоящее время значение 62 дБ.
Основные принципы звукоизоляции домашнего кинотеатра представляют
собой устройство «комнаты в комнате» или «коробка в коробке», когда внутри имеющегося помещения строится ещё одно помещение со своими стенами, полом и потолком, конструкции которого не должны соприкасаться
с конструкциями имеющегося помещения. Т.е., по сути, надо «подвесить»
комнату в комнате.
Только очень дорогой качественный «плавающий» пол может решить
проблему звукоизоляции домашнего кинотеатра. Устройство звукоизоляции
пола – конструкция пола по лагам с опорой на существующее перекрытие
262
263
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция общей и строительной физики
через прокладочный материал SYLOMER. Внутренняя полость заполняется
звукопоглощающими плитами Шуманет-БМ и сверху выполняется настил
из двух слоев фанеры толщиной 20 мм (минимум 15 мм). По периметру помещения конструкция примыкает через 2 слоя Вибростек-V300. Общая толщина конструкции 110мм. Также для пола подойдет бетонная стяжка в 10 см,
закрытая тонким резиновым листом на клею, поверх которой укладываются
лаги и битое стекло с песком и звукопоглощающий материал (обычно изофлекс). Верхний слой – дощатый пол из тяжелых пород дерева, ковролин
или – как вариант – пробка.
Устройство звукоизоляции потолка - конструкция каркасного потолка из ГВЛ + ГКЛ на подвесах Виброфлекс-1/30А с заполнением полости плитами Шуманет-БМ х 2 слоя. Общая толщина конструкции 150 мм.
Виброизолирующие потолочные подвесы ВИБРОФЛЕКС™ – новое инженерное решение задач по снижению уровня шума и передачи вибраций в помещениях любого типа и назначения. Основное преимущество использования таких подвесов – отсутствие жесткости крепления с несущей конструкцией. В отличие от пружинных виброизоляторов, подвесы ВИБРОФЛЕКС
эффективны как области низких, так и в области средних и высоких частот.
Такая конструкция выполнена на основе уникального материала Sylomer.
Sylomer – это микропористый полиуретановый эластомер, специально разработанный для решения звуко- и виброизоляции.
Самый распространенный способ увеличения звукоизоляции существующих стен и перегородок без существенного увеличения нагрузки на перекрытия – это устройство дополнительной стены на металлическом или деревянном каркасе с облицовкой его «гибкими» тонкими плитами из гипсокартона, ДВП и т.п. Пространство между листами и существующей стеной
заполняется звукопоглотителем (как правило стекло- или минеральной ватой). Слабое место – образование акустических мостиков при жестком креплении. Устройство звукоизоляции стен - каркасная облицовка из 2-х слоев ГВЛ + 1 слой ГКЛ на независимом каркасе из профилей ПС100/50 с зазором от стены 10 мм. Общая толщина конструкции 150мм. Во внутреннюю
полость конструкции укладывается материал Шуманет-БМ х 2 слоя. В промежутки между балками (стойками) можно вставлять минеральные звукоизолирующие плиты, получатся двойные стены и стыки плит не будут пересекаться, что даст больший эффект звукоизоляции. Для стен поверх приведенного выше гамбургера используют гипсокартон. Особое внимание
требуется уделить исполнению конструкций, важно исполнить массивные
герметичные облицовки без жестких связей с существующими стенами
и потолком.
Многослойная звукоизолирующая конструкция ЗИПС
Панель ЗИПС состоит из комбинации плотных (гипсоволокнистый лист)
и легких слоев (минеральная и/или стеклянная вата) различной толщины.
Одним из принципиально новых решений в конструкции ЗИПС стал отказ
от использования каркаса, а также крепление панели к стене через специальные виброразвязанные узлы, конструктивно выполненных в ЗИПС на
стадии производства. Если для увеличения звукоизоляции перекрытий широко применяются конструкции т.н. «плавающих» полов, то панели ЗИПС
в общем можно определить как «плавающие» стены.
Тексаунд – тяжелая звукоизоляционная минеральная мембрана испанского производства
Основной остовляющий материала – минерал Арголит или карбонат
кальция. Тексаунд очень тяжелый материал, при толщине 3,7 мм он весит
7,0 кг/кв. м. Тексаунд тяжелее кирпича. Можно сказать, что Тексаунд – мягкий, пластичный камень. Тяжёлые минеральные мембраны, имеющие большой вес, при небольшой собственной толщине способны придавать конструкциям стен и потолка, показатели дополнительной звукоизоляции от 3 до 11 дБ.
Тяжёлые полимерные мембраны, в составе звукоизоляционных систем сформированных с учётом принципа «массивный-упругий-массивный», являются
самыми эффективными изоляторами шума средних и низких частот.
Serious Materials – использование вязкоупругих полимеров в многослойных конструкциях, используемых для звукоизоляции
Механизм поглощения звука в слое вязкоупругого материала, наклеенного
на панель, заключается в рассеянии колебательной энергии за счёт внутренних
деформаций слоя. Материал (вязкоупругий полимер) имеет небольшую
стоимость, как правило, небольшую толщину 1 мм, и малый вес.
Различные материалы данной фирмы используются для звукоизоляции всего оформления помещения кинотеатра в сочетании друг другом. Эти
материалы позволяют получить индекс изоляции воздушного шума 60 дБ
и обеспечить достаточно высокую изоляцию на низких частотах.
В предлагаемых конструкциях стеновых, потолочных панелей, а также
панелей для звукоизоляции пола финишное покрытие (внешний слой) отделяется от каркаса слоем вязкоупругого материала. Это и получается своего
рода комната в комнате.
Следует обратить внимание, что двери в помещение домашнего
кинотеатра обязательно должны иметь хорошую звукоизоляцию. Дверь
должна быть массивной, иметь порог и уплотнение по всем притворам,
закрываться на замок-фиксатор. Иногда целесообразна установка тамбура
(двух дверей с воздушным промежутком).
264
265
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Также для домашнего кинотеатра важно не иметь общей системы вентиляции со спальными комнатами. Сами вентиляторы и воздуховоды должны быть тихими. Гул работающего вентилятора, как правило, низкочастотный. Изоляция воздушного шума предполагает прежде всего воздухонепроницаемость ограждений (отсутствие сквозных отверстий).
«Домашний кинотеатр» в коттедже, в отдельно выделенном помещении – это наиболее приближенный к профессиональному вариант кинозала. Наверное, это самый сложный случай, когда необходимо изолировать соседние помещения от звука акустических систем очень большой мощности.
Основной проблемой, создаваемой домашним кинотеатром, является шум
в области низких частот. Чтобы получить эффективную звукоизоляцию сабвуфера, а именно низких частот, сложно, а в деревянном доме практически
невозможно. Однако можно получить определенное снижение шума
Пример проекта домашнего кинотеатра в коттедже, выполненном из деревянного бруса.
При проведении архитектурно-акустических измерений помещения будущего домашнего кинотеатра по адресу пос. Юкки комплекс Хонка дом
8 было выявлено, что время реверберации в основных октавах частот не
соответствует отечественным и зарубежным требованиям: СНиП «Защита
от шума» и СНиП «Требования к параметра зрительного зала» (требуемое
время реверберации для данного помещения составляет 0,36 секунды, а измеренное составляет 1,17 секунды). Также был выявлен неравномерный частотный отклик в нижней полосе звуковых частот, требующий корректировки с помощью элементов архитектурной акустики.
Объем кинотеатра сначала был обработан стандартными общестроительными материалами. Отделка пола была осуществлена паркетным покрытием по «плавающей» стяжке. Все поверхности стен были обшиты гипсокартонными листами, прикрепленными к панелям ЗИПС. Следующим этапом
была акустическая обработка всех поверхностей посещения. Итоговый индекс звукоизоляции воздушного шума ограждающих конструкций составлял 62 Б.
266
СЕКЦИЯ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ
И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
УДК 697.4
аспирант Д. В. Румянцев (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ОТОПЛЕНИЕ ЖИЛЫХ
ЗДАНИЙ ПО ДАННЫМ ПРИБОРА УЧЕТА
ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Тепловая нагрузка систем теплопотребления здания изменяется в зависимости от метеорологических условий (температуры наружного воздуха,
скорости ветра, инсоляции), режима расхода воды на горячее водоснабжение, режима эксплуатации здания и других факторов. Для анализа режимов теплопотребления жилого здания на нужды отопления приняты данные
приборов учета тепловой энергии здания в Санкт-Петербурге (ул. Козлова,
дом 21, корпус 1).
Данные измерений температуры теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети (T1, ºС) и температуры наружного воздуха (tн, ºС) в отопительный период 2003/2004 гг. представлены на рисунке. Расчетная температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети определена по
методике [1].
Анализ результатов измерений позволяет сделать следующие выводы:
–температура наружного воздуха в отопительный период неоднократно
значительно повышается и понижается, что приводит к нестационарности
теплового режима зданий;
–в тепловой сети не выдерживается расчетный температурный график,
что в холодный период года приводит к значительному «недотопу» здания
в наиболее холодные месяцы;
–отсутствие систем автоматического регулирования температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления приводит при
температуре наружного воздуха от минус 5 до плюс 8 ºС к «перетопу»
здания.
267
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Изменение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети
и температуры наружного воздуха в течение отопительного периода
Литература
1. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети – М.: Издательство МЭИ, 2001.
УДК 697.922
аспирант Д. С. Воронков (СПбГАСУ)
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ВОЗДУШНООТОПИТЕЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ
Обследование предприятий города Пскова ОАО «Псковский хлебокомбинат», ООО «Дула.ру» (предприятие по производству мебели), ОАО
«Псковский электромашиностроительный завод», предприятие «ПЭРКО»
(производство систем и оборудования безопасности), ОАО «Псковский завод автоматических телефонных станций – Т», показало, что на многих
из них широко применяются системы местного воздушного отопления.
Используются следующие воздушно-отопительные агрегаты: водяные –
марки SW12-33 фирмы Frico, марки Volcano фирмы Euroheat; газовые – марки Monzun фирмы Mandik и др.
268
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
На предприятиях были произведены замеры параметров микроклимата
(скоростей и температур) помещений, обследованы системы местного воздушного отопления, выявлены особенности их работы.
Температурный режим помещений промышленных зданий существенно
зависит от мест установки воздушно-отопительных агрегатов, схем подачи
воздуха, режимов их работы.
Выделены вопросы, требующие решения при формировании микроклимата производственных помещений воздушно-отопительными агрегатами:
− обеспечение нормативных параметров микроклимата (температура, скорость внутреннего воздуха) в рабочей зоне производственных помещений;
− выбор воздушно-отопительных агрегатов, мест их установки, первичного теплоносителя, схем подачи воздушной струи, в частности с целью минимизации затрат;
− при формировании микроклимата производственных помещений воздушно-отопительными агрегатами возникает перегрев верхней зоны.
Перегрев верхней зоны помещений происходит за счет всплывания неизотермической воздушной струи. Особенно актуальным это становится
в промышленных зданиях со светоаэрационными фонарями. Здесь имеют
место еще более высокие потери тепла за счет низкого сопротивления теплопередачи светоаэрационных фонарей. Выбор мест установки воздушноотопительных агрегатов, схем подачи воздуха требует дополнительного анализа и обоснований.
Существующие методики расчета [1,2] не всегда позволяют описать,
например, взаимодействие турбулентных струй, учесть гравитационные
силы, нестационарные режимы работы. Существующие коммерческие компьютерные программы по вычислительной гидродинамике такие, как [3]
Flotherm, IcePak, Coolit, Ansys и др., получили широкое распространение,
но их применение не всегда возможно для решения узких инженерных задач
со специфическими условиями.
Для исследования влияния взаимодействия турбулентных струй, учета
гравитационных сил, влияния нестационарных режимов работы на температурный режим помещений, соблюдение нормативных параметров микроклимата был разработан программный комплекс Locairheat (local air heating). В основу программы положена модель свободной несжимаемой струи,
истекающей в покоящийся воздух отапливаемого помещения. Программный
комплекс реализован в средах Mathcad и Fortran.
На рис. 1 и рис. 2 приведены результаты вычислительного эксперимента по расчету горизонтальных турбулентных струй. Приведены поля
скоростей и температур.
269
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
На рис. 1 показаны поля скоростей и температур горизонтальной неизотермической струи в плоскости k=6, где k – номер узла расчетной сетки по
оси z. При указанных параметрах струи она «всплывает» в верхнюю зону.
В результате такого способа подачи приточных струй распределение
температур получается более равномерным в горизонтальной плоскости и
увеличивается дальнобойность струи.
Ряд вопросов при формировании микроклимата производственных помещений требует проведения дальнейших исследований:
− формирование микроклимата двухпоточными воздушно-отопительными агрегатами;
− совместная работа воздушно-отопительных агрегатов и дестратификаторов;
− применение воздушно-отопительных агрегатов для охлаждения помещений в летний период, др.
Рис. 1. Поля скоростей и температур горизонтальной турбулентной неизотермической воздушной струи в сечении k=6; j=3; umax=2 м/с; ts=700C
На рис. 2 приведены результаты вычислительного эксперимента по взаимодействию двух горизонтальных воздушных струй, нижней неизотермической и верхней изотермической, при разных скоростях потока.
Вывод
Разработанный программный комплекс Locairheat позволяет оптимизировать места установки местных воздушно-отопительных агрегатов
с учетом взаимодействия турбулентных струй, гравитационных сил, нестационарности режимов работы с целью обеспечения нормативных параметров микроклимата, решать и другие вопросы применения воздушноотопительных агрегатов.
Литература
1. Гримитлин М. И. Распределение воздуха в помещениях. Санкт-Петербург:
АВОК Северо-запад, 2004. – 320 с.
2. Воздухораспределители компании «Арктос». Указания по расчету и практическому применению, 2006.
3. Беляев К. В., Двинский А. С., Никулин Д. А., Стрелец М. Х. Программный комплекс для численного моделирования гидродинамики и тепломассопереноса в системах кондиционирования помещений и охлаждения электронной аппаратуры //
Научно-технические ведомости, 2004. – № 2. – С. 47–55. Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета.
УДК 697.974
д-р техн. наук, профессор С. М. Анисимов,
аспирант К. В. Кочарьянц (СПбГАСУ)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ
ЭЖЕКЦИОННОГО ДОВОДЧИКА
Рис. 2. Поля скоростей и температур двух горизонтальных турбулентных воздушных струй в сечении k=6; нижней неизотермической j=3; umax=2 м/с; ts=700C; верхней изотермической j=4; umax=4 м/с; t0=200C
270
История создания эжекционных доводчиков начинается в 40-х годах
прошлого века, когда руководитель и создатель компании «Кариер» (США)
271
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Вильям Картер запатентовал систему кондиционирования и вентиляции
с эжекционным доводчиком (ЭД). В России исследованиями эжекционного
доводчика занимались Участкин П. В., Богословский В. Н., Анисимов С. М.
Отечественная конструкция ЭД была создана в 1963 г. под руководством
Кокорина О. Я. и производилась Домодедовским заводом «Кондиционер»
до 90-х годов.
Изначально эжекционные доводчики не получили широкого распространения ни на Западе, ни в России. Вторая волна интереса к ним началась в середине 80-х годов в Европе, когда встал вопрос о повышении комфортности
и энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
В России интерес к эжекционным доводчикам появился в начале 2000-х годов. В настоящее время они еще не получили широкого распространения,
но становятся все более и более популярными, благодаря возможности существенного повышения энергоэфективности в системах вентиляции и кондиционирования.
На фоне возрастающего интереса в Научно-исследовательской лаборатории завода «Арктос» началась разработка опытно-промышленного образ
эжекционного доводчика потолочного типа (рис. 1).
Рис. 2. Принцип действия активного
охлаждающего блока «Аквилон»
Одним из важнейших показателей эффективности работы доводчика является коэффициент эжекции. Для того, чтобы оценить влияние коэффициента эжекции на работу доводчика, рассмотрим пример. На I-d диаграммах
влажного воздуха (рис. 3) показан процесс обработки воздуха для одного
и того же помещения, в котором установлен доводчик с коэффициентом
эжекции kэж=5 (А), или доводчик kэж=3,5 (Б), или доводчик с kэж=2 (В).
Рис. 1. Эжекционный доводчик – активный охлаждающий блок
«Аквилон»
Принцип действия разрабатываемого эжекционного доводчика представлен на рис. 2. Обработанный (охлажденный и осушенный) в центральном кондиционере первичный воздух 1 подается в камеру статического
давления 2, в верхней части которой расположены сопла 3. Выходя из сопел, первичный воздух создает разрежение, за счет которого эжектируется
через вторичный воздух 4, поступающий из помещения. Проходя через теплообменник 6, он охлаждается и, перемешиваясь с первичным воздухом,
подается в помещение через приточную решетку 5.
272
Рис. 3. Процесс обработки воздуха для помещения при установки в нем эжекционного доводчика с kэж=5 (А), kэж=3,5 (Б) или с kэж=2 (В)
Пример А. При установке доводчика с kэж=5 первичный воздух, обработанный в центральном кондиционере, подается с низкой температурой, без
подогрева в калорифере. Перемешиваясь с большим количеством охлажденного рециркуляционного воздуха, он приобретает комфортную температуру
для подачи в помещение. В нашем примере разность между температурой
приточного воздуха и расчетной температурой внутреннего воздуха ∆t=4˚С.
273
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Пример Б. При использовании доводчика с kэж=3,5 параметры первичного и внутреннего воздуха не изменяются, но температура приточного воздуха снижается за счет меньшего количества рециркуляционного воздуха ∆t=4,5˚С. Холодопроизводительность эжекционного доводчика должна
оставаться такой же. Чтобы обеспечить это условие необходимо либо снизить температуру воды, либо увеличить ее расход воды, а может быть, и то
и другое. Данные мероприятия приведут к удорожанию системы.
Пример В. При использовании доводчика с kэж=2 температура приточного воздуха существенно ниже, чем в примерах А и Б, разность между температурами ∆t > 6˚С, что не допустимо для подачи в данное помещение.
Следует отметить, что эффективность работы эжекционного доводчика существенно зависит от геометрии сопел, которая влияет на аэродинамические, теплотехнические и акустические характеристики исследуемого
устройства. При разработке опытного образца эжекционного доводчика исследовались 3 варианта сопел, представленных на рис. 4.
до приточной решетки блока ограничено конструктивным решением доводчика, поэтому незначительные изменения длины начального участка струи
на выходе из сопла существенно влияют на величину коэффициента эжекции. Максимальное значение коэффициента эжекции наблюдалось у сопла “коническое-1”, характеризующимся минимальной длиной начального
участка.
В ходе предварительных оптимизационных исследований, проведенных в аэродинамической лаборатории фирмы «Арктос», разработан опытно-промышленный образец эжекционного доводчика габаритами 1200×390×155мм. Последующие аэродинамические испытания проводились в изотермических условиях на образцах эжекционного доводчика с
двумя видами сопел одинакового диаметра (коническое-1 и коническое-2).
Результаты физического эксперимента подтвердили данные, полученные в
ходе численного моделирования. Для дальнейших исследований принят образец с соплом “коническое-1”, характеризущийся максимальным коэффициентом эжекции для выбранного диапазона расходов kэж=5.
В результате проведенных исследований установлена рациональная конструктивная форма сопла и определен коэффициент эжекции доводчика.
а)
б)
в)
Литература
1. Кокорин О. Я. Отечественное оборудование для создания систем вентиляции
и кондиционирования воздуха / Кокорин О. Я. – М. : [Экстра Печать], 2005.– 97 с.
Рис. 4. Конструкция сопел: а) сопло коническое-1;
б) сопло коническое-2; в) цилиндрическое сопло
Выявление характера влияния формы сопла на величину коэффициента
эжекции и выбор оптимального конструктивного решения осуществлялись
на основе проведения серии численных и натурных экспериментов.
В ходе численного моделирования определены размеры основных участков развития струи и диапазоны изменения коэффициентов эжекции для
анализируемых конструктивных решений.
Установлено, что для рассматриваемых вариантов сопел, длина начального участка развития струи, характеризуемого наличием ядра постоянных скоростей и практически отсутствием эжекция, существенно зависит от геометрии сопел. Следовательно, чем больше начальный участок
струи, тем дальше от сопла начинается подмешивание воздуха из помещения. Необходимо отметить, что расстояние от выходного отверстия сопла
274
УДК 696.4
аспирант Ю. В. Польников (СПбГАСУ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ
РАСХОДОВ ВОДЫ И ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
В настоящее время признано, что процесс водопотребления является
случайным и для его описания (математического моделирования) должны
использоваться методы теории вероятности, математической статистики
и теории случайных процессов.
В любой момент времени расход воды на нужды горячего водоснабжения
является суммой случайных расходов на различные санитарно-технические
приборы и, следовательно, также является случайной величиной. Указанные случайные величины (расходы каждого прибора и общий расход)
275
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
формируются под воздействием различных факторов: климатических, демографических, технических (например, температура воды и ее давление
перед водоразборными приборами), оснащенности квартир холодильниками, стиральными, посудомоечными машинами и др. Значения некоторых
факторов могут быть измерены при экспериментальном изучении процессов водопотребления и их влияние может быть учтено в создаваемой модели процесса. Однако практическая значимость учета большого числа факторов невелика, а в ряде случаев такой учет нежелателен, так как при проектировании систем горячего водоснабжения невозможно дать достоверный
прогноз значений многих факторов в период эксплуатации здания. Поэтому при создании методов математического моделирования процесса водопотребления всегда выбирают в качестве влияющих на расходы воды только
те факторы, значения которых наиболее существенны и известны при проектировании.
Все известные к настоящему времени методики определения расчетных
расходов воды построены с таким расчетом, чтобы по небольшому числу
исходных данных можно было прогнозировать ожидаемую в системе водопровода функцию распределения расходов воды (для заданного периода T
и продолжительности расходов t) и найти в этом распределении расход
с требуемой величиной G. Для практического применения различных методик расчетные расходы представляются в виде таблиц расходов или таблиц
вспомогательных величин, которые позволяют достаточно просто определять расходы для различных сочетаний исходных данных.
Приведем краткий обзор моделей и методик определения расчетных расходов [1-12].
1. Модель, разработанная в НИИ санитарной техники, ЦНИИЭП
инженерного оборудования и МосжилНИИпроекте.
Преимущества:
учитывает наибольшее число факторов (более 15);
основана на большом экспериментальном материале (более 250 объектов);
хорошо согласуется с данными отечественных и зарубежных исследований;
универсальна;
дает возможность выделить составляющие процесса водопотребления
(полезные расходы, утечки).
Недостатки:
отсутствие зависимостей по сливу недогретой или остывшей воды
при разрегулированной циркуляции горячего водопровода;
использование осредненного давления (на вводе в здание);
невозможность табулирования всех многовариантных расчетов, что
усложняет расчеты проектировщику вследствие большого математического аппарата.
2. Упрощенная модель (СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод
и канализация».
Преимущества:
возможность использования в практике проектирования;
позволило решать основную проектную задачу: определение максимальных (расчетных) секундных и часовых расходов, по которым определяются диаметры трубопроводов и типоразмеры оборудования;
номограммы и таблицы расчета обеспечили возможность определения величин расходов с минимальными затратами времени без проведения
дополнительных вычислений.
Недостатки:
количество факторов было уменьшено до пяти, а остальные приняты
постоянными для средних по стране условий водопользования: среднее давление, обеспеченность, средняя заселенность;
упрощение сократило возможности модели.
3. Методика, разработанная в МосводоканалНИИпроекте.
Преимущества:
универсальна: позволяет определить расчетные расходы во всех типах
зданий, наружном и внутреннем водопроводах; (под сомнением, т. к. экспериментальные материалы, положенные в основу, в подавляющем большинстве (80%) относятся к жилым зданиям (наиболее изученным);
требует небольшое количество исходных данных;
проста в исполнении;
дает возможность определить потери давления и затраты электроэнергии.
Недостатки:
основной параметр - удельный средний расход за год включает значительные потери воды, которые невозможно отделить от полезного расхода, поэтому её можно использовать только для описания сложившегося водопотребления;
минимальное количество учитываемых факторов (2), что привело
к значительному огрублению модели и снижению точности описания процесса.
4. Методика, разработанная в НИИКВОВ АКХ.
Преимущества:
позволяет выделить полезные расходы и утечки;
276
277
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
дает возможность оценки осредненного полезного водопотребления
и утечек;
позволяет оценить качество эксплуатации систем и эффективность
различных проектных решений.
Недостатки:
невысокая точность определения расходов;
отсутствие данных отдельно по холодной и горячей воде;
невозможность применения к зданиям других типов;
отсутствие учета динамики водопотребления при износе системы
и в зависимости от качества санитарно-технического оборудования.
10. Шопенский Л. А. Исследования режимов работы водопроводов жилых зданий. Автореф. дис. канд. техн. наук. – М., 1968.
11. Шопенский Л. А. Некоторые вопросы применения методов теории вероятности к расчету внутренних водопроводов // Методы расчета систем водоснабжения
и канализации. – М., 1972.
12. Шопенский Л. А., Кожинова А. А. Некоторые вопросы оценки изменения
удельного потребления воды в благоустроенных жилых зданиях и его нормирование
// Водоснабжение и канализация сельских населенных пунктов и общественных зданий. – М.: ЦНИИЭП инженерного оборудования, 1985.
Литература
1. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий / Минстрой
России. – М.: ГУП ЦПП, 1996.
2. Добромыслов А. Я., Санкова Н. В. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем канализации из пластмассовых труб для зданий и микрорайонов. Рекомендации.
Под редакцией Ромейко В.С. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство ВНИИМП,
2002.
3. Исаев В. Н. Реформирование нормативной базы систем водоснабжения // Сайт некоммерческого партнерства инженеров «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике»: URL: http://
www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2839&version=print (дата обращения 25.03.2011).
4. Исаев В. Н., Мхитарян М. Г. Анализ методик определения расходов во внутреннем водопроводе // Сайт некоммерческого партнерства инженеров «Инженеры
по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике»: URL: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2234 (дата
обращения 25.03.2011).
5. Майзельс М. П., Мордясов М. А. Величина удельного водопотребления в жилых зданиях в зависимости от влияющих факторов//Водопотребление и вопросы
проектирования, эксплуатации систем коммунального водоснабжения. – М., 1978.
6. Мхитарян М. Г. Совершенствование водоснабжения микрорайонов с целью
сокращения потерь воды. Автореф. дис. канд. техн. наук. – М., 1988.
7. Рекомендации по определению расчетных расходов воды в системах холодного и горячего водоснабжения // Сер. Стр-во и архитектура: Экспресс-информ., –
1987.— Вып. 1; 2.
8. Повышение эффективности систем горячего водоснабжения / Н. Н. Чистяков,
М. М. Грудзинский, В. И. Ливчак и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988.
9. Чистяков Н. Н., Мхитарян М. Г., Исаев В. Н. Экономическая оценка внутренних водопроводов жилых зданий // Водоснабжение и сан. техника. 1989. № 9.
УДК 697.957
аспирант Н. А. Кораблёва (СПбГАСУ)
278
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ВЫТЕСНЯЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
ДЛЯ НЕПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
В течение многих лет вытесняющая вентиляция выполняла функции
местной приточной вентиляции и использовалась в производственных зданиях с большими тепловыми нагрузками. Сегодня возникла проблема подачи в нижнюю зону воздуха более высокого качества, когда недопустимо
подмешивание к приточному, свежему воздуху таких вредностей как теплота или газы.
При подаче воздуха в рабочую зону применяют воздухораспределители,
которые обладают эжекционной способностью. В промышленных помещениях применяются перфорированные панели, щелевые воздухораспределители
с малыми скоростями 1–1,5 м/с. Такие воздухораспределители имеют большое живое сечение, но при этом эжекционная способность истечения струи
все же значительная, что обеспечивает снижение расхода воздуха и уменьшение скорости. Однако приточный воздух при этом загрязняется и снижается
его качество.
Дальнейшее развитие происходило в области исследования цилиндрических насадков. В качестве воздухораспределителей использовались перфорированные насадки, как у панелей. Они имели большое живое сечение, но
из-за значительной скорости и эжекционной способности область раздачи
воздуха была ограничена. Поэтому такие воздухораспределители необходимо было расставлять по углам или периметру помещения.
Предпринимались попытки рассчитать настилающиеся на поверхность
пола струи, истекающие из перфорированной поверхности, исходя из их
279
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
развития. При этом за конец формирования струи принимали зону затухания. А дальше считалось, что струя настилается на пол и имеет эжекционную способность. Поэтому струя рассчитывалась как обычная с коэффициентом эффективности по температуре уходящего воздуха [2,3].
Такой подход может быть использован только для струи обладающей
эжекционной способностью. Кроме того, параметры в конце участка формирования струи остаются неизвестными и не ясно – могут ли они стыковаться с таким способом расчета.
Для помещений общественных зданий используют такой способ подачи
и улучшения качества воздуха, при котором воздух из помещения вытесняется свежим, вновь поступающим приточным воздухом.
Общим для всех методов вытесняющей вентиляции непроизводственных помещений является следующее: воздух подается с малой скоростью
(0,05 – 0,2 м/с) в рабочую зону, а перепад температур, как правило, не превышает 3ºС.
В момент поступления воздуха в нижнюю зону (рис. 1) скорость несколько увеличивается и достигает максимального значения на оси эпюры скоростей на расстоянии 2 см от пола. Этот участок называется примыкающей
зоной, в которой скорость воздуха достигает значения 0,2 м/с. Длина примыкающей зоны (lп) или «зоны сквозняка» различна и зависит от вида струи.
В европейских исследованиях по вытесняющей вентиляции изучался вопрос развития воздушного потока в примыкающей зоне [1]. Эти исследования показали, что для получения должного эффекта даже в малогабаритном
помещении требуется большое количество воздуха, а дина зоны раздачи
не зависит от высоты. Так, например, воздухораспределитель высотой 0,6 м
и длинной 1 м пропускает 450 м3/ч воздуха со скоростью 2 м/с при длине
примыкающей зоны 6 м.
ln  0.005  q s  K Dr ,
где qs – расход приточного воздуха,
КDr – параметр, зависящий от критерия Архимеда, расхода и геометрических характеристик потока.
Рис. 1. Распределение скорости перед
воздухораспределителем
280
ɚ)
0
ɛ)
180
360
540
720
ɥ/ɫ
900 ɦ3/ɱ
Рис. 2. а) зависимость длины примыкающей зоны от расхода приточного воздуха,
б) распределение скоростей
На рис. 2б показано, что на расстоянии 4 м скорость составляет 0,06 м/с,
что очень мало. Вопрос о том, как удержать поток на большом расстоянии
без потери его подвижности, до сих пор не решен.
По физике формирования и развития процесс отличается от обычной
струи с большой эжекционной способностью:
скорость не уменьшается, а увеличивается за счет гравитационных сил;
считается, что струя не обладает эжекционной способностью и профиль скоростей скорее обусловлен наличием гравитационных сил, а не
эжекционных.
Согласно исследованиям ряда Европейских университетов этот метод
является наиболее удачным способом раздачи воздуха в местах массового
скопления людей. Но есть ряд затруднений для его реализации. Не изучена
физика развития потока после зоны затухания. На сегодняшний день способ
применяется только для малогабаритных помещений. Неизвестно как удержать холодный поток по мере его затухания и как снизить расход и перепад
температур.
281
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Литература
1. Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях / Хакон Скистад
(редактор), Элизабет Мундт, Питер Нильсен, Ким Хагстрем, Йорма Райлио. – Пер.
с англ.-2-го изд., испр. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. – 104 с.
2. Гримитлин М. И., Позин Г. М., Векслер Г. С. Новый метод подачи воздуха в рабочую зону // Исследование различных способов воздухообмена в производственных помещениях / Сб. науч. тр. – М.: Изд-во ВЦНИИОТ, 1975. – С. 62–80.
3. Гримитлин М. И., Позин Г. М. О расчете подачи воздуха в рабочую зону //
Инженерные системы. 2004. – № 3(15). – с. 14–23.
СЕКЦИЯ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ОХРАНЫ
ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА
УДК 624.078.412
студентка Т. О. Прошутинская,
ассистент А. О. Прошутинский (СПбГАСУ)
ПРАКТИЧЕСКИЕ СЛОЖНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
НОМОГРАММ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Гидравлический расчет полиэтиленовых и стальных распределительных
газопроводов низкого, среднего и высокого давления допускается производить по формулам или по номограммам, составленным по этим формулам,
которые представлены в [1].
В настоящее время для расчета сетей среднего и высокого давления
применяется следующая формула [1]:
Pн2  Pк2  1,2687 10  4  λ 
V2
d5
 ρ0  l ,
(1)
где Pн – абсолютное давление в начале газопровода, МПа;
Рк – абсолютное давление в конце газопровода, МПа;
λ – коэффициент гидравлического трения;
l – расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;
d – внутренний диаметр газопровода, см;
0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
V – расход газа при нормальных условиях, м3/ч.
Для сетей низкого давления:
V 22
Píн  Pêк  626,1  ëλ  5  ñρ00  l ,,
d5
(2)
где Рн – давление в начале газопровода, Па;
Рк – давление в конце газопровода, Па.
Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от
режима движения газа, который характеризуется критерием Рейнольдса (3),
282
283
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
а также в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки трубы (4).
ности труб. Единицы измерений в номограммах приведены к использующимся при практических расчетах: Па/м – для низкого давления.
Re 
V
V
,
 0,0354 
9πd  ν
d ν
(3)
где  – коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, м2/с.
Полиэтиленовые трубы в основном работают в зоне гидравлически гладких труб, которая определяется условием:
n
Re    23 .
d 
(4)
В зависимости от значения Re и условия (4) коэффициент гидравлического трения λ определяется по формулам, приведенным в [1].
Путем сопоставления номограмм, приведенных в [1], и результатов расчетов по данным формулам был сделан вывод о некотором несоответствии
номограмм расчетным формулам.
В ходе применения данных номограмм обнаружились некоторые недостатки и неточности, которые в целом приводят к снижению качества проектирования:
– в номограммах низкого давления применяются единицы для удельных
потерь давления Па/10 м, но гидравлический расчет ведется в Па/м;
– при определении точных значений по графикам возникают сложности
из-за низкой частоты сетки в поле номограмм;
– в некоторых номограммах выбран неудачный масштаб для шкалы
удельных потерь давления, из-за этого соседние графики перекрывают друг
друга;
– обнаружены отклонения значений удельных потерь давления, получаемых по номограмме низкого давления, от расчетных. Отклонение составило в среднем 10 – 35 %, что может привести к ошибке при выборе диаметров (рис. 1);
– в номограммах отсутствует график для диметра ПЭ 315;
– разбивка номограмм низкого давления по расходам – 10 ÷ 150, 50 ÷ 500
и 500 ÷ 3000 м3/ч не соответствует рекомендуемым режимам течения.
На основании формул (2–4) были построены графики для определения
диаметров полиэтиленовых газопроводов низкого давления графическим
способом (рис. 2). При построении учитывались рекомендуемые в [1] скорости движения газа для полиэтиленовых газопроводов низкого давления,
также учитывалось условие гидравлической гладкости внутренней поверх284
Рис. 1. Номограмма для газопроводов низкого давления, приведенная
в СП42-101-2003
Рис. 2. Номограмма для газопроводов низкого давления,
построенная на основании расчетов по формулам
285
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Литература
1. СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. – М.: Госстрой, 2004.
2. ГОСТ Р 50838-95*. Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические
условия. – М.: Госстрой, 1995.
мя нужно было производить ремонт тепловых сетей. В настоящее время появились новые варианты теплоизоляционных конструкций [2]. Наряду с такими известными теплоизоляционными материалами, как армопенобетон
(ЗАО «Изоляционный завод»), базальтовая вата (Роквул, Техно, Изобокс),
минеральная вата (PARTEK), штапельное стекловолокно (URSA, ISOVER,
Термостек), экструдированный пенополистирол (Пеноплекс, Техноплекс),
пенополиуретан (Петерпайп), пенополимерминерал (PPM-Systems), в последнее время применяются и новые высокотемпературные теплоизоляционные материалы или жидко-керамические покрытия (ЖКП) – «ЖиС–
МиН», «Изоллат», «Корунд» и др. Коэффициент теплопроводности таких
материалов 0,001 Вт/(мС).
«ЖиС–МиН» – это высокотемпературная тепловая изоляция на основе
жидкого стекла в качестве связующего и минеральных наполнителей предназначена для защиты от тепловых потерь стальных трубных элементов
с повышенной температурой (до 300 °С и более).
«Изоллат», «Корунд» – это водоэмульсионная суспензия, предназначенная для получения покрытий с высокими теплоизоляционными и антикоррозионными свойствами на различных поверхностях. Этот материал состоит из микроскопических, заполненных разряженным воздухом керамических и силикатных шариков, которые находятся во взвешенным состоянии
в жидкой полимерной композиции. Температурные пределы эксплуатации
от – 60 С до + 500 С.
Был проведен анализ различных типов теплоизоляционных конструкций,
нашедших достаточно широкое применение в России и за рубежом: армопенобетон, битум-перлит, фенольный поропласт, пенополиуретановая изоляция
(ППУ), пенополимерминеральная изоляция (ППМ). Обобщенные теплотехнические показатели перечисленных материалов приведены в таблице.
По результатам анализа [5] технических характеристик теплоизоляционных материалов на основании показателей, приведенных в таблице и на
рисунке, можно сделать вывод, что трубопроводы в ППМ и ППУ изоляции превосходят теплопроводы с другими видами теплоизоляции. Однако
у ППМ изоляции есть ряд преимуществ перед ППУ изоляцией: паропроницаемость изоляции (способность к самовысушиванию после увлажнения);
простота монтажа теплопроводов, изоляции участков сварных стыков, высокая ремонтопригодность; не требуют предварительного нанесения на трубы специальной антикоррозионной защиты; не требуют системы контроля
увлажнения изоляции (системы ОДК) [1]; имеют высокие пределы прочности при изгибе и сжатии, адгезию, рабочую температуростойкость (+150 С)
и показатель соотношения эффективность –стоимость.
УДК 696.43
студентка Е. И. Ранченкова,
канд. техн. наук, доцент Е. А. Бирюзова (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ В ТЕПЛОВЫХ
СЕТЯХ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Современные системы теплоснабжения представляют собой сложный
комплекс устройств, состоящий из трубопроводов различного диаметра
большой протяженности, большого количества механического оборудования, предназначенного для передачи тепловой энергии с помощью теплоносителя – сетевой воды или пара от источников теплоты потребителям, сопровождающейся огромными потерями тепла по длине сети. Следовательно, существует необходимость разработать такую теплоизоляционную конструкцию, чтобы тепловые потери свести к минимуму, тем самым обеспечить потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества [1].
Россия является государством с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения. В стране находится около 260 тыс. км тепловых
сетей. 80 % сетей находятся в аварийном состоянии – с превышением сроков службы. Из них более 40 % – требуют ремонта, 15 % – находятся в аварийном состоянии и всего около 2 % – фактически ремонтируются. Выбор
оптимального теплоизоляционного материала очень важен при проектировании и реконструкции тепловых сетей, так как именно от него зависит экономическая эффективность систем теплоснабжения. Применение новых теплоизоляционных материалов позволит значительно удешевить строительство, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс,
уменьшить потери тепловой энергии при передаче тепла от источника к потребителю.
Много лет при строительстве систем теплоснабжения применялись металлические трубы с тепловой изоляцией из минеральной ваты. Затраты на
их установку и эксплуатацию были высокими, но уже через короткое вре286
287
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Технические характеристики теплоизоляционных конструкций
для бесканальной прокладки тепловых сетей
образность применения ЖКП из-за низкой механической прочности и износостойкости; несоответствия по горючести требованиям пожарной безопасности; высокой стоимости; нетехнологичности процесса, требующего
многократного повторения операции «нанесение – сушка» до набора необходимой толщины изоляции [2]. ЖКП может успешно найти применение
в других областях промышленности, например в промышленной теплоэнергетике, где его свойства могут удовлетворять требованиям Российских
стандартов.
Показатели
3
ППМ
250+50
Плотность, кг/м , в том числе:
теплоизоляционного слоя
80100
Предел прочности, МПа:
1,2/1,7
при сжатии/при изгибе
0,4
Адгезия к трубе, МПа
Водопоглощение при 20С по
1,5
массе в % за 30 суток
Скорость коррозии, мм/год:
0,03
без анодной поляризации;
0,06
с анодной поляризацией
рН среды (исходной)
7,00
Теплопроводность, Вт/(мС),
0,047
при tэкспл. max
150
Термостойкость, С
Обработка труб под изоляцию не требуется
Антикоррозионное покрытие не требуется
Защита изоляции от
не требуется
механических повреждений
30
Срок службы, лет
Применяемые конструкции
Фенольный
Армопенобетон
поропласт
100
250500
100
ППУ
80100
80
0,8/0,3
0,2/0,3
0,3
0,1
0,12
0,12
150
600
8
0,35
0,65
0,37
0,50
0,05
0,10
10,00
5,00
7,00
0,13
0,04
0,0280,04
130
150
ОБЯЗАТЕЛЬНА
не требуется
ТРЕБУЕТСЯ
180
ОБЯЗАТЕЛЬНА
15
15
25
Литература
1. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети / – М.: Госстрой России, 2004.
2. СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. – М.:
Госстрой России, 2003.
3. Большой энциклопедический словарь / 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «Большая
Российская Энциклопедия»; СПб.: «Норинт», 2000. – 1456 с.: ил.
4. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети / учебник для вузов. 8-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2006. – 472 с.: ил.
5. Электронный ресурс: htth://www.rosteplo.ru
УДК 620.97:621.311.22
ассистент О. А. Кондрашова,
студент С. А. Павлов (СПбГАСУ)
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ДОЖИГАНИИ САЖИСТЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ
Теплопроводность при максимальной температуре эксплуатации
Сравнительный анализ теплофизических и механических характеристик, методов расчета экономической эффективности при применении
в тепловых сетях надземной прокладки жидко-керамического теплоизоляционного покрытия (ЖКП) и самого применяемого теплоизоляционного
материала в настоящее время, пенополиуретана (ППУ), показал нецелесо288
Дымовыми газами называют обыкновенно пахучую и видимую на глаз
смесь продуктов горения органических горючих материалов, содержащую
(не прозрачную) смесь газов, паров и мелкодисперсных твердых веществ,
образующуюся при неполном сгорании топлива. Например, дымовые газы
металлургических заводов часто содержит разнообразные летучие продукты, образующиеся при обработке руд, такие как сернистый (и серный) ангидрид. Неполное сгорание топлива в домашних и заводских топках происходит или от недостаточного притока воздуха, или от недостаточно высокой
температуры в печах.
Отношение различных видов выбросов при неполном сгорании различных топлив не одинаково. Обыкновенные горючие материалы, как дерево, торф, каменные угли и нефть, выделяют при горении летучие углеродистые продукты сухой перегонки, которые в последствие разложения
289
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
и неполного сгорания дают свободный уголь в виде сажи и углеводороды
высокого частичного веса. Поэтому при неполном сгорании этих материалов получаются продукты горения, содержащие не только окись углерода,
но также горючие соединения, заключающие углерод, водород, кислород,
азот и уголь в мелкодисперсном состоянии – в виде сажи.
Известно, что топливо можно сэкономить, используя устройство для рекуперации (возвращения части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе) отходящего тепла, газов
и сажи от котельных, ТЭЦ, печей, тепловых машин и агрегатов в синтетический газ. (2005г. Патент №2008502)
Еще в позапрошлом веке англичанин Доусон придумал, как получать высококалорийный газ путем сухой перегонки тощего каменного угля в шахтной печи. Парижский инженер Жильяр в 1861 г. начал топить печи так называемым водяным газом, пропуская водяные пары сквозь раскаленный кокс.
ЭРА (энергетический рекуператор-автомат), служит для рекуперации
(возвращения и преобразования) отходящего тепла, газов и сажи в озонированный синтез-газ. Оно может применяться в котельных, ТЭЦ, печах, тепловых машинах. Конструкция энергетического рекуператора-автомата показана на рисунке.
Камеры Жильяра заполняют углем, коксом или сажей – техническим
углеродом, полученным как отходы при производстве и сжигании топлива.
Топливная камера работает на любых видах топлива, от природного газа до
опилок. Когда вода в котле нагревается до 90 °С, часть ее поступает в парогенератор и далее в осушитель. Сухой пар, прогретый до 400 °С, распыляется шаровыми форсунками в зоне активного горения в камерах Жильяра.
Здесь при температуре выше 750 °С технический углерод вступает в отношения с водяным паром, образуя синтетический газ: С + Н2О = СО + Н2.
Калорийность его достигает 3500 ккал/м3. Вновь полученное топливо поступает в газовую горелку, поддерживая нагрев котла и камер. Уже на этом
удается сберечь до 25 % основного топлива.
Кроме того, в ЭРА удается удалить и зловредный выхлоп, который направляется в турбулентный газовый смеситель. Здесь из двуокиси углерода, атмосферного воздуха и озона (мощнейшего окислителя) готовится «энергетический коктейль». Оптимальные пропорции задаются с помощью заслонок.
Газовая смесь подается в горелки, установленные в зоне горения топливной
камеры и под ней. Двуокись углерода охотно реагирует с углеродом топлива, образуя окись углерода. А угарный газ прекрасно и жарко горит. Повысив
температуру, удается сохранить еще до 45 % основного топлива. Так экономия доходит до 70 %.
290
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Конструкция энергетического рекуператора-автомата:
1. Штатный котел водяного отопления; 2. Разборный щелевой
парогенератор, монтируемый в вытяжной трубе; 3. Паропроводосушитель, протянутый через камеру сгорания; 4. Паровые форсунки
шарового типа с распыление до 130°; 5. Камеры Жильяра;
6. Сажистые фильтры, набитые волокнами углерода;
7. Электростатический фильтр; 8. Турбулентный газовый
смеситель; 9. Горелки, установленные в зоне горения топливной
камеры и под ней; 10. Фильтр, очищающий уходящие газы;
11. Коронирующий нагнетатель озона
Так же был изобретён агрегат, позволяющий перерабатывать любые отходы производства, содержащие тяжелые фракции углеводородов, в технический углерод или техническую сажу. В дело идет не только древесина,
но и каменный уголь любой жирности, опилки, отходы нефтяных и газодобывающих комплексов. Комплекс по производству углеродов помещается
в компактном стальном корпусе и легко может быть доставлен на место скопления сырья автотранспортом.
291
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Литература
1. Егин Н. Л. Костер без дыма и огня / Изобретатель и рационализатор. – Москва,
2005.
В качестве катализаторов, способствующих ускорению окисления оксидов серы и углерода в воздушной среде, в зону плазмы вводились промышленные катализаторы: V2O5  К2O / SiO2, КДА + 1 % RUO2, G – 56 (Ni), JCJ
22 – 6 (CuO, ZnO / Al2O3), SK «C – 2» (БАСФ, V2O5, Pd). Они используются
в промышленности при высокой температуре (выше 400 °С). Выбор катализаторов обусловлен тем, что в окислительных процессах стабильно работают катализаторы, активными составляющими которых являются металлы
платиновой группы (Pt, Pd и др.). Однако из-за дефицитности и дороговизны этих металлов, практически безвозвратные их потери являются причинами поиска катализаторов, работающих на основе более доступного и дешевого сырья, содержащих в своем составе оксиды хрома, железа и алюминия, меди и марганца, меди и хрома.
При обезвреживании SO2 плазменно-каталитическим методом характерно уменьшение объема плазменной зоны по сравнению с плазмохимическим.
Концентрация озона в плазмо-каталитическом процессе ниже, чем в плазмохимическом и не зависит от времени контакта. Для деструкции озона используется марганец-цементный катализатор марки ГТТ, не содержащий
благородных металлов. Степень его превращения составляет 75 ÷ 95 % при
высоких скоростях и до 99 % при низких. Диапазон рабочих температур катализатора составляет 25 ÷ 110 °С.
Известно, что возбуждение барьерного разряда в воздухе сопровождается образованием оксидов азота. Их концентрации на выходе из реактора при
обработке газовой смеси составляют NO – 10,9 мг/м3; NO2 – 333,57 мг/м3.
Введение V2О5  K2O / SiO2 в зону плазмы не влияет на изменение NO на
выходе из реактора. При максимальном времени контакта газовой смеси
с зоной плазмы выход NOx минимальный, а эффективность превращения СО
и SO2 максимальна.
Основные преимущества метода:
– габариты таких установок в десятки раз меньше чем габариты традиционных газоочистных установок (скрубберов, каталитических и сорбционных установок, и т. п.). Это позволяет применять газоразрядные установки для очистки отходящих газов объектов в густозаселенных районах, где
применение других методов очистки невозможно из-за проблемы габаритов
и энергопотребления;
– еще одним преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40 ÷ 100 °С), чем при
термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м).
УДК 628.474.76:628.52:556.1
ассистент О. А. Кондрашова,
студент А. В. Рябков (СПбГАСУ)
ПЛАЗМО-КАТАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ
ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
Самыми распространенными соединениями, загрязняющими атмосферу, являются СО, SO2, NOx и твердые взвешенные частицы. Большинство из
них токсичны, и превышения ими ПДК влечет за собой загрязнение окружающей среды, в частности наносит существенный вред живым организмам.
Перспективными для комплексной очистки отходящих газов от токсичных соединений признаны способы, использующие различные физические
методы: электрические и магнитные поля, воздействие ультрафиолетового
излучения. Наиболее эффективными для очистки отходящих газов признаны методы, использующие низкотемпературную плазму.
Это довольно новый метод очистки, который использует два известных
метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на
основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая – каталитический реактор. Газообразные
загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до СO2 и Н2O. Глубина конверсии
(очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной
тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу
распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом. Катализатор с размерами гранул 1,0 ÷ 1,6 мм в количестве 0,4 г располагается в зоне плазмы и занимает определенную долю плазменного объема путем фиксации
его фторопластовыми кольцами с отверстиями для обеспечения потока газовой смеси.
292
293
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
– степень превращения SO2 в SO3 не менее 90 %; CO в CO2 не менее 44 %
(до 80 %). Плюс к тому минимальный выход нежелательных побочных NOX
и O3, 97 % которого идет на окисление CO и SO2.
Недостатками данного метода являются:
– большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3 ÷ 5 мг/м3;
– при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м3) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом.
ненным резонатором с возможностью осевого перемещения и резонансной
камерой внутри выходного сопла.
УДК 621.182.232:620.97
канд. техн. наук, профессор В. И. Шаврин,
студент А. А. Королёва (СПбГАСУ)
КОМБИНИРОВАННЫЕ ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА,
СЖИГАЮЩИЕ ТОПЛИВО С СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ
При сжигании жидкого топлива в горелочных устройствах его необходимо распылить. Для этого используют форсунки разных видов. Из них
в результате исследования качества распыливания жидкости пленочноакустическая форсунка со стержневым резонатором имеет более качественный распыл и большой диапазон регулирования по производительности.
До 1984 года использовалась акустическая форсунка, содержащая корпус с осевой топливоподающей трубой, имеющей радиальные отверстия
для выхода топлива в расположенную между корпусом и топливоподающей
трубой кольцевую щель для подачи распылителя, на выходе из которой был
размещен резонатор акустических колебаний типа Гартмана.
Однако эта форсунка имела значительный недостаток, а именно низкую
экономичность из-за недостаточной полноты сгорания.
Преподавателями кафедры Газоснабжения и Охраны Воздушного Бассейна Ленинградского Инженерно-Строительного Института Шавриным В.И.,
Кривоноговым Б.М. и Пивоваровым В.М. этот вид форсунки был усовершенствован (рис. 1).
Акустическая форсунка, содержащая топливную трубу с периферийным
каналом для подачи окислителя и выходное сопло в виде диффузора, а также резонатор типа Гартмана с хвостовиком, размещенным по оси топливной трубы, и резонансной камерой, с целью повышения экономичности путем повышения качества распыливания, конструкция оснащена подпружи294
Рис. 1. Акустическая форсунка с подпружиненным резонатором:
1 – топливная труба; 2 – периферийный канал; 3 – выходное сопло
в виде диффузора; 4 – резонатор; 5 – хвостовик; 6 – резонансная
камера; 7 – пружина; 8 – сегментный канал
При работе форсунки топливо подается в резонансную камеру 6 и далее
через сегментные каналы 8. Окислитель поступает по каналу 2, возбуждая
в резонаторе высокочастотные колебания давления, под воздействием которых топливо распыливается. Смесь распыленного топлива и окислителя
истекает из диффузорного сопла 3. На высокочастотные колебания в резонансной камере 6 накладываются низкочастотные колебания, вызванные
осевыми колебаниями резонатора и под действием пульсационного давления топлива и окислителя.
Предлагаемая форсунка надежно работает на низкочастотном топливе,
засоренном твердыми частицами, так как при засорении проходного тракта возрастает давление топлива и резонатор перемещается, увеличивая площадь сечения выходного сопла. В результате твердые частицы выбрасываются в область сгорания.
Движение жидкости на выходе из сопла форсунки происходит в виде
тонкой пленки, что способствует ее более мелкому диспергированию.
Ввиду этого данную форсунку более правильно следует называть пленочноакустической форсункой (ПАФ).
Длина факела и его объем зависят от расстояния между соплом и резонатором, увеличиваясь с увеличением этого расстояния.
295
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Характеристики форсунки:
Оптимальные эксплуатационные характеристики форсунки:
Номинальный расход жидкости (топлива) – 0,07 кг/с при соотношении
Gв/Gж = 0,2 кг/кг. Давление распыливающего агента – 0,4 МПа.
Угол распыливания форсунки зависит от расстояния сопло-резонатор
и может меняться в широком диапазоне (180 ÷ 30°).
При увеличении давления распыливающего агента от 0,1 МПа до 0,4 МПа
и постоянном расходе распыливаемой жидкости диаметр ее капель уменьшается от 160 ÷ 260 мкм до 40 ÷ 100 мкм.
При использовании для распыливания жидкого топлива и жидких отходов пленочно-акустической форсунки предел качественного регулирования
ее работы составляет 30 ÷ 150 %.
Для сравнения, при одинаковом качестве распыливания через акустическую форсунку можно подать жидкости в 7 раз больше, чем в паровую. При
этом для распыливания акустическая форсунка требует меньше распыливающего агента, чем паровая, при соблюдении той же дисперсности распыливания.
Акустическая форсунка может использоваться в горелочных устройствах для распыливания жидкого топлива, идущего на горение. На рис. 2
изображена конструкция горелочного устройство такого вида. В данной горелке возможно одновременное сжигание и газообразного, и жидкого топлив, если есть такая необходимость.
Литература
1. Кулагин Л. В., Охотников С. С. Сжигание тяжелых жидких топлив. – М.:
Надра, 1967. – 255 с.
2. Пажи Д. Г., Галустов В. С. Распылители жидкостей. – М.: Химия, 1979. – 216 с.
1
1 – амбразура; 2 – газовое сопло;3 – каналы
подачи воздуха; 4 – подача жидкого
топлива;5 – акустическая форсунка;6 –
подача газа.
УДК 664.045
канд. техн. наук, профессор В. И. Шаврин,
аспирант А. А. Крюков (СПбГАСУ)
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ТЕЧЕНИИ ГАЗА В ТРУБАХ
Основной задачей при исследовании конвективного теплообмена является определение коэффициента теплоотдачи α. В данном исследовании можно выделить два уровня аналитический и экспериментальный.
Аналитический уровень заключается в решении системы дифференциальных уравнений энергии, неразрывности и движения:
  2 t  2 t  2 t  q 
dt


 a


 x 2 y 2 z 2  c p 
d



 u v

0


.
 x
y



d
2
 g  p   


d

Попытки аналитического решения полной системы уравнений, ввиду
наличия большого количества переменных, наталкиваются на определенные трудности. Поэтому в исследовании конвективного теплообмена вполне целесообразны экспериментальные методы исследования и определение
зависимостей для коэффициента теплооттдачи с использованием теории
подобия.
Исходя из теории подобия:

  Nu ,
d
Рис. 2. Горелочное устройство с акустической форсункой
где Nu – критерий Нуссельта; λ – коэффициент теплопроводности; d – внутренний диаметр.
296
297
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Критерий Нуссельта, в свою очередь, представляет собой функцию от
критериев Рейнольдса и Прандтля (Nu = f(Re; Pr)), следовательно задача сводится к определению зависимости критерия Нуссельта от критериев
Рейнольдса и Прандтля. Если в процессе исследования параметры среды изменяются несущественно, то можно исключить влияние критерия Прандтля
и свести зависимость к виду Nu = f(Re).
Для установления зависимости можно воспользоваться установкой,
принципиальная схема которой приведена на рис 1. Установка состоит из
следующих основных элементов: вентилятора, электрокалорифера, расходомера Вентури. Главная часть установки – теплообменный блок, представляющий собой омываемую водой трубу, по которой протекает нагретый воздух. Также в установку входят необходимые измерительные приборы.
пени n, как тангенс угла наклона прямой (рис. 2). Постоянная с определяется из уравнения с = Nu/ Ren, которому удовлетворяет любая точка прямой.

Рис. 2. Графическое отображение экспериментальной зависимости
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки
Коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению теплопередачи,
исходя из теплового потока, а тепловой поток балансовым методом, по разности энтальпий воздуха на входе и выходе:

Q
,
F  t
где Q – тепловой поток; F – площадь поверхности нагрева; Δt – температурный напор.
По коэффициенту теплоотдачи определяется значение критерия Нуссельта.
Для установления зависимости можно воспользоваться уравнением вида
Nu = c · Ren. Прологарифмируем обе части уравнения: lg Nu = lg c + n · lg Re.
Введем обозначения: lg Nu = Y, lg c = A, lg Re = X. Получим: Y = A + nX.
Если нанести экспериментальные значения критерия Нуссельта на плоскость в координатах lg Nu = f(lg Re), то можно определить показатель сте298
Литература
1. Жукаускас А. А., Калинин Э. К. Интенсификация теплообмена. Тематический
сборник. – Вильнюс: Мокслас, 1988. – 188 с.
2. Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. – М.: Машиностроение, 1981. – 205 с.
3. Авдуевский В. С. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической
технике. – М.: Машиностроение, 1992. – 528 с.
4. Жукаускас А. А., Шланчяускас А. А. Теплоотдача в турбулентном потоке жидкости. – Вильнюс: Минтис, 1973. – 328 с.
5. Коваленко Л. М. Оценка теплоэнергетической эффективности каналов теплообменных аппаратов / Коваленко Л. М. // Промышленная теплотехника. – 2005. –
т. 27, № 1. – С. 50 – 55.
6. Дрейцер Г. А. Проблемы создания высокоэффективных трубчатых теплообменных аппаратов / Дрейцер Г. А // Теплоэнергетика. – 2006. – № 4. – С.31–38.
7. Леонтьев А. И., Гортышев Ю. Ф., Олимпиев В. В. Попов И. А. Эффективные
интенсификаторы теплоотдачи для ламинарных (турбулентных) потоков в каналах
энергоустановок // Известия РАН. Сер.: Энергетика. 2005. № 1. С. 75-91.
8. Сударев А. В., Сударев В. Б., Халатов А. А., Ковалев М. В. Интенсификация теплообмена в газовом тракте котла-утилизатора // Турбины и дизели. 2009. № 6. С. 32–34.
299
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
УДК 697.326.2:662.767(571.56)
аспирант А. В. Иванова,
канд. техн. наук, профессор Г. П. Комина (СПбГАСУ)
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ЯКУТИИ НА БЕСПЕРЕБОЙНУЮ РАБОТУ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ
В условиях Севера наибольший интерес вызывают процессы охлаждения и нагрева помещений. Это особенно важно для Якутии, расположенной
в центре Восточной Сибири, где климат весьма суров, на большей части резко континентален и засушлив, что определяется географическим положением и своеобразием атмосферных процессов [1].
Суровость зимы, определяется градусо-сутками отопительного периода
(ГСОП). В зависимости от ГСОП можно провести районирование, западная,
северная, южная и центральная Якутия.
В результате аварийных и других непредвиденных ситуаций, вследствие,
прекращения циркуляции теплоносителя в системе теплообеспечения зданий при низких температурах наружного воздуха происходит ухудшение тепловых условий в помещениях, что приводит нанесению морального и материального ущерба.
При прекращении подачи теплоты помещение начинает охлаждаться.
Вначале резко снижается температура воздуха, достигая уровня осредненной температуры поверхностей. Затем температура во всех точках помещения начинает понижаться почти одновременно.
Понижение температуры воздуха в жилых помещениях до 8…10С является показателем критического теплового состояния здания, здесь температурные условия помещения становятся крайне неблагоприятными для человека и создаются аварийные условия работы инженерного оборудования.
Дальнейшее понижение температуры помещения может довести до замерзания воды в трубопроводе, что приведет к одной из тяжелых аварий в системах теплообеспечения.
На графике аварийных остановок котельных по месяцам для некоторых
улусов Якутии (рис. 1) наблюдаются значительные перебои в самый пиковый момент отопительного периода. Наибольшая активность наблюдается
в ноябре месяце, период перехода на зимний режим, что связано с увеличением нагрузки на систему теплообеспечения. И в январе, во время наиболее
низких температур воздуха.
300
Рис. 1. Аварийные остановки котельных для некоторых
улусов Якутии
Крупнейшим потребителем природного газа в республике является
г. Якутск. По данным управления газораспределительных систем (УГРС)
ОАО «Сахатранснефтегаз» по г. Якутску в обслуживании находится свыше 9000 автономных котлоагрегатов в квартирах и в частном секторе для
систем отопления и совмещенных с обеспечением горячего водоснабжения (ГВС). На рис. 2 приведен график распределения заявок поступивших
в аварийно-диспетчерскую службу УГРС ОАО «Сахатранснефтегаз» за
2010 год. В общие аварийные заявки входят остановки связанные с отключением электроэнергии, плановые и остановки по техническим причинам.
Одним из основных технических причин аварийной остановки теплогенераторов является работа дымового канала. В зимний период наблюдается
постепенное обледенение устья дымовой трубы, вследствие этого происходит уменьшение тяги, что приводит к срабатыванию автоматики и остановке котла. Как наблюдалось выше, высокая активность приходится на период перехода в зимний режим теплообеспечения и в период наиболее низких
температур воздуха.
301
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Рис. 2. Распределение заявок за 2010 год
Рис. 3. Изменение температуры помещения в зависимости
от длительности остановки теплоснабжения при различных tн
Показателем ремонтопригодности системы теплоснабжения является
вероятность восстановления работоспособности элемента системы в пределах допустимого времени, за которое температура воздуха в помещении
не должна достичь условия замерзания воды в трубопроводах и отопительных приборах.
Продолжительность ремонтных работ при аварийных ситуациях, когда
полностью отключается система отопления, можно оценить как функция зависимости от теплоустойчивости здания, способа обогрева положения помещений в здании и соответственно, температур внутреннего и наружного
воздуха, где tвк - критическое минимальное значение tв.
Теплоустойчивость помещения это его свойство поддерживать относительное постоянство температуры при изменяющих тепловых воздействиях. Оценку теплоустойчивости следует производить по времени остывания
здания – время снижения температуры воздуха в помещениях до минимально допустимого значения [2, 3].
На рис. 3 приведен график изменения температуры помещения в зависимости от длительности остановки теплоснабжения при различных температурах наружного воздуха при начальной температуре помещения 20 С.
Таким образом, при проектировании теплоснабжения необходимо учитывать влияние местных климатических особенностей и зависимость эффективности производства тепловой энергии от условий эксплуатации.
Основным критерием в условиях Севера является бесперебойность работы котлоагрегата.
302
В дальнейшем необходимо исследовать предельное время аварийновосстановительных работ и разработать регламент мер проводимых при
остановке теплоисточника, вывести расчетную зависимость предельного
времени остановки котла, как функцию зависимости от наружной температуры, времени остывания и протяженности тепловых сетей. А так же
провести районирование по пределам допустимого времени остановки
котла.
Литература
1. Кылатчанов А.П., Иванов В. Н. Моделирование функционирования управления инженерными системами. В кн.: Проблемы и перспективы освоения природных
ресурсов Южной Якутии. Якутск. 1996.
2. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий. М., АВОК, №1, 1998.
3. Кононович Ю. В. Тепловой режим зданий массовой застройки. – М.: Стройиздат, 1986. 157 с.
303
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
УДК 621.6.01
канд. техн. наук, доцент О. Н. Медведева (Саратовский государственный
технический университет)
ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
В существующей практике газификации городских и сельских населенных пунктов сетевым природным газом широкое распространение получили двухступенчатые системы газоснабжения. Указанные системы включают
в себя следующую цепочку взаимосвязанных технологических элементов: газовые сети высокого (среднего) давления – газорегуляторные пункты (ГРП) –
газовые сети низкого давления. В начальный период газификации (50–60-е
годы прошлого столетия) в качестве опорных пунктов газораспределительных систем использовались крупные газорегуляторные пункты, размещаемые в отдельно стоящих зданиях. Указанное обстоятельство предопределяло
высокую степень централизации поселковых систем газоснабжения и соответствующую структуру распределительных газопроводов, сочетающую короткие газопроводы высокого (среднего) давления и протяженные газовые
сети низкого давления. В зависимости от размера населенного пункта на сооружение распределительной газовой сети расходовалось до 80% всех капитальных вложений в систему газоснабжения. Из общей протяженности сетей
до 70-80% составляли газопроводы низкого давления и только 20-30% – газопроводы высокого (среднего) давления. Наличие протяженной сети газопроводов низкого давления в сочетании с большими диаметрами труб обусловливает повышенную материалоемкость газораспределительных систем,
а, следовательно, высокую стоимость сооружения и эксплуатации систем
газоснабжения. Дальнейшее развитие распределительных систем газоснабжения связано с широким использованием шкафных газорегуляторных пунктов (ШГРП), массовый выпуск которых освоен отечественной промышленностью в 70-х годах прошлого столетия.
Выбор оптимальной централизации систем газоснабжения на базе ШГРП
представляет важную научно-техническую задачу. Обоснование оптимального количества квартир, подключаемых к одной газорегуляторной установке, повышает экономичность, надежность и безопасность систем.
В качестве целевой функции задачи примем удельные (на одну квартиру)
приведенные затраты в систему газоснабжения ЗДГС по комплексу: сети среднего давления – ШГРП – сети низкого давления:
304
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
З ДГС = З СГС/ Д (n) + ЗШГРП (n) + З НГС/ Д (n;∆P) + ∆Т(∆Р),
(1)
где n – количество квартир (зданий), подключенных к одной газорегуляторной установке, кв; ∆Р – потери давления в газопроводах низкого давления, Па.
В отличие от одноступенчатых систем газоснабжения двухступенчатые
системы газоснабжения предусматривают кроме дворовых и внутридомовых газопроводов разветвленные уличные сети низкого давления. В этой связи удельные приведенные затраты в газовые сети низкого давления включают
в себя следующую цепочку затрат:
З НГС/ Д  З ГМ (n;∆PГМ) + ЗОТВ (n;∆PОТВ) + ЗВГ (n;∆PВГ),
(2)
где З ГМ , З ОТВ , З ВГ – удельные приведенные затраты в головную магистраль
уличных газораспределительных сетей, в ответвления от головной магистрали, в дворовые и внутридомовые газопроводы, руб/(год·кв); ∆PГМ, ∆PОТВ,
∆PВГ – потери давления на соответствующих участках сети, Па.
В качестве ограничений к целевой функции используются следующие
соотношения:
∆PГМ+ ∆PОТВ+ ∆PВГ = ∆P;
(3)
Р
0  Р  Рmin
,
(4)
Р
где Рmin
– минимальный располагаемый перепад давлений в газораспределительной сети, Па.
Наличие сложной зависимости целевой функции от двух управляющих
параметров n и ∆Р обуславливает определенные трудности, связанные с её
последующим анализом. В этой связи сформулируем необходимые предпосылки к упрощению постановки задачи. Следует отметить, что влияние параметра ∆Р на целевую функцию задачи весьма ограниченно. Как показывают конкретные расчеты, даже при относительно небольшой централизации
двухступенчатых систем газопотребления оптимальное значение управляющего параметра ∆Рopt выходит за границы ограничения (2). В этой связи, при
большей централизации поселковых систем газоснабжения параметр ∆Р целевой функции может быть переведен из разряда управляющих в разряд заР
). Отметим также, что топливная составляющая затрат ΔТ
данных (∆Р = Рmin
в целевой функции занимает относительно небольшую долю в общем объеме затрат в систему газоснабжения. Для оценки удельного веса топливной
305
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
составляющей ΔТ примем вариант централизованной системы газоснабжения со следующими техническими характеристиками:
– характер застройки населенного пункта – многорядная;
– плотность населения газоснабжаемой территории q = 7,5·10-3 чел/м2
(площадь приусадебного участка 4 сотки);
– прокладка газовых уличных сетей среднего и низкого давления – подземная (50% стальных и 50% полиэтиленовых труб), в т. ч. 25% по территории с асфальтовым покрытием;
– прокладка дворовых газовых сетей – надземная по металлическим
опорам и стенам зданий;
– жилые здания усадебного типа с существующим уровнем тепловой защиты оборудованы газовыми плитами и отопительными печами периодического действия.
Принятый вариант системы газоснабжения обуславливает минимальную величину неэнергетической составляющей затрат ( ЗСГС/ Д  З ШГРП  З НГС/ Д )
и максимальную величину энергетической составляющей ΔТ. Как следует
из расчетов, приведенные затраты в систему газоснабжения в условиях её
оптимальной централизации составляют ЗДГС,min = 6500 руб/(год·кв). В тоже
время топливная компонента затрат по результатам соответствующих расчетов даже при полном использовании расчетного перепада давлений в гаР
зовых сетях Р  Рmin
 530 Па составляет всего ΔТ = 436 руб/(год·кв),
то есть 6,7%.
Для нахождения оптимальной централизации поселковых систем газоснабжения наиболее целесообразным представляется применение метода вариантных расчетов. Задаваясь рядом значений управляющего параметра n1,
n2,…,ni,…,nn вычисляем соответствующие значения целевой функции ЗДГС,1;
ЗДГС,2;…ЗДГС,i;…ЗДГС,n. Минимальному значению целевой функции ЗДГС,min соответствует оптимальное количество квартир (зданий) nopt, подключенных
к одной газорегуляторной установке.
В целях численной реализации экономико-математической модели двухступенчатых систем газоснабжения были проведены соответствующие расчеты, из которых следует, что оптимальная централизация поселковых систем газоснабжения изменяется в очень широких пределах – более чем
в 20 раз. При этом определяющее влияние на степень централизации оказывают структура застройки поселка и плотность населения газоснабжаемой территории q.
Минимальные приведенные затраты в системы газоснабжения ЗДГС,min
в условиях их оптимальной централизации также изменяются в широких
пределах: от 4000 руб/(год·кв) (поселки с многорядной застройкой, плотность населения q = 7,5·10-3чел/м2, усадебные (коттеджные) здания с повышенным уровнем теплозащиты, газовое оборудование квартир: газовые
плиты и газовые котлы двухцелевого назначения) до 26000 руб/(год·кв)
(поселки с однорядной застройкой, плотность населения q = 6·10-4чел/м2,
усадебные здания с существующим уровнем теплозащиты, газовое оборудование квартир: газовые плиты и отопительные печи периодического
действия), то есть более чем в 6 раз.
Наличие значительной пологости целевой функции в районе экстремума
с погрешностью решения задачи, не превышающей 3–5%, в качестве диапазона оптимальной централизации поселковых систем газоснабжения рекомендуются следующие обобщенные значения [1]:
– 5÷15 квартир (поселки с ленточной застройкой);
– 100÷150 квартир (поселки с многорядной застройкой).
Приведенные значения коррелируются с результатами других исследователей и более адекватно отражают конкретные особенности функционирования поселковых систем газоснабжения с учетом многообразия системообразующих связей и факторов.
306
Литература
1. Медведева, О. Н. Выбор рациональной области применения одно- и двухступенчатых систем газоснабжения / О. Н. Медведева // Вестник ВолгоградГАСУ. – 2010. –
№ 18 (37). – С. 110–117.
УДК 696.2
канд. техн. наук, доцент Н. Н. Осипова (Саратовский государственный
технический университет)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕГРЕВА ПАРОВ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
В ПОДЗЕМНОМ РЕЗЕРВУАРЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Практика эксплуатации резервуарных систем снабжения сжиженным газом (СУГ) показывает, что в холодный период времени года в редуцирующих
головках резервуаров наблюдается конденсация паровой фазы. Последующее
редуцирование влажных паров в регуляторах давления приводит к образованию ледяных гидратных пробок, которые нарушают нормальное газоснабжение потребителей и создают предпосылки к аварийным ситуациям.
307
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
Секция теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна
Эффективным средством предупреждения гидратообразования является перегрев паровой фазы перед подачей ее в регуляторы давления. Наиболее просто эта техническая задача решается в установках с искусственной регазификацией, путем резервирования соответствующей поверхности испарителей.
Метод перегрева паров может быть реализован также и в резервуарных
установках с естественной регазификацией. Однако, разработка необходимых рекомендаций по его применению требует проведения соответствующих исследований. При этом важную роль играет изучение теплообмена
между грунтом и паровой фазой СУГ в подземном резервуаре.
При заданной паропроизводительности резервуара, теплота перегрева
паров определяется по формуле
рядка ниже коэффициента гр. Так например, по данным [1, 3] в зависимости от структуры и влажности грунта коэффициент гр изменяется в пределах от 2 до 5 Вт/(м2К). В то же время по данным [3, 4] и таблицы коэффициент п составляет 0,05-0,2 Вт/(м2К). Это обстоятельство позволяет принять
с некоторым завышением kп ≈ п. Процесс переноса тепла в паровой подушке резервуара в общем случае осуществляется за счет конвективного и лучистого теплообмена, следовательно:
Qпер  cп G t п  t ж   cп Gt пер ,
(1)
где cп – теплоемкость паровой фазы, кДж/(кгК); G – паропроизводительность резервуара СУГ, кг/ч; tп – температура паровой фазы на выходе из резервуара, С; tж – температура кипения СУГ в резервуаре, С; Δtпер – величина перегрева паров, С.
Величина теплопритока к паровой подушке резервуара из окружающего грунта:
t t 

Qт.п.  Qпер  k п Fп  t гр  ж п ,
2 

(2)
где kп – коэффициент теплопередачи от грунта к паровой фазе СУГ, Вт/(м2К);
Fп – площадь поверхности резервуара, контактирующей с паровой подушкой, м2; tгр – температура грунта на отметке, соответствующей середине
глубины заложения резервуара, C.
Приравнивая (1) и (2), имеем
t пер
t t 

Fп  t гр  ж п 
2 

,

 1
1 

cG


 п
 гр  п 
(3)
где гр – коэффициент теплоотдачи от грунта к наружной поверхности резервуара, Вт/(м2К); п – коэффициент теплоотдачи от стенки резервуара
к паровой фазе СУГ, Вт/(м2К).
Анализ литературных источников [1, 3, 4], а также данных приведенных
в таблице, показывает, что коэффициент теплоотдачи п на один – два по308
п  к  л ,
(4)
где к, л – коэффициент теплоотдачи при конвективном и лучистом теплообмене, соответственно Вт/(м2К).
Согласно [2] положим, приближенно, с некоторым занижением коэффициента теплопередачи kп ≈ п ≈ к. Специфика расположения греющей поверхности паровой подушки (сверху), а также весьма незначительная величина паропроизводительности резервуарных установок СУГ с естественной
регазификацией (несколько килограммов газа в час) обуславливает вынужденную конвекцию с ламинарным режимом движения среды.
Для этих условий критериальное уравнение теплообмена имеет вид [2]:
 l
Nu  0,66 Re 0,5 Pr 0,33  0,66 п 
 п 
0,5
 Gl 


 п f п  п 
0,33
,
(5)
где Nu, Re, Pr – соответственно, критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля;
l – протяженность пути, проходимого паровой фазой от зеркала испарения
жидкости до патрубка отбора паров в горловине, м; λп – коэффициент теплопроводности паровой фазы, Вт/(мК); νп – коэффициент кинематической вязкости паровой фазы, м2/с; ρп – плотность паровой фазы СУГ, кг/м3; fп – площадь поперечного сечения паровой подушки, м2.
В целях экспериментальной проверки предлагаемого алгоритма расчета теплообмена между грунтом и паровой фазой в подземном резервуаре (15) были
использованы результаты опытно-промышленных испытаний подземного резервуара СУГ объемом Vр = 2,5 м3 [3]. Результаты эксперимента, обработанные
на основе приведенных выше зависимостей, представлены в таблице.
Сравнение теоретических и экспериментальных значений в таблице показывает их удовлетворительное совпадение: расхождение полученных значений при уровне доверительной вероятности  = 0,95 не превышает 25,8%.
Таким образом, предложенный алгоритм расчета теплообмена между грунтом и паровой фазой в подземном резервуаре СУГ обеспечивает точность
приемлемую для конкретных задач инженерной практики и может быть
309
64-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых
использован при рассмотрении метода перегрева паров в расходном резервуаре при решении вопросов по повышению надежности газоснабжения.
СЕКЦИЯ ХИМИИ
Сводная таблица обработки экспериментальных данных
Наименование величины
Поверхность паровой подушки Fп, м2
Температура жидкой фазы СУГ tж, С
Температура паровой фазы СУГ на выходе
из резервуара tп, С
Естественная температура грунта на
середине высоты резервуара tгр, С
Расход паровой фазы СУГ G, кг/ч
Теплота перегрева паров Qпер, кДж/ч
эксп
Коэффициент теплоотдачи  п , Вт/м2К
Площадь поперечного сечения паровой
подушки fп, м2
Скорость движения пара п п·10-4, м/с
Критерий Нуссельта Nuэксп
Nuтеор
Расхождение результатов , %
Номера опытов
2
3
4
5
5,4
5,4
5,4
8,0
-12,5
-20
-20
-12,5
-8,3 -14,3 -14,0
-9,9
6
8,0
-25
-21
+0,25
-0,48
-1,1
-1,3
-0,4
-1,5
1,616
6,62
0,05
3,181
21,35
0,092
4,6
41,6
0,113
4,62
44
0,121
3,78
15,54
0,141
6,98
43,33
0,183
0,392
0,392
0,392
0,392
0,13
0,13
1
5,4
-6,5
-4,0
0,41
1,0
1,8
1,86
3,6
9,9
5,7
5,5
3,5
9,52
7,2
24,4
12,8
9,5
25,8
13,23
9,9
25,17
16,03
14,5
9,5
23,1
21,0
9,1
Литература
1. Курицын, Б. Н. Теплообмен вертикального резервуара сжиженного газа с грунтом / Б. Н. Курицын // Совершенствование строительных конструкций, архитектурных решений и технологий: межвуз. научн. сб. – Саратов: СГТУ, 1996. – С. 60–65.
2. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. – М.:
Энергия, 1973. – 320 с.
3. Никитин, Н. И. Тепловой поток к резервуару сжиженного газа объемом 2,5м3
заглубленному в грунт / Н. И. Никитин, Б. Н.Курицын, В. А.Иванов // Использование
газа в народном хозяйстве: сб. научн. тр. ин-та Гипрониигаз. – Саратов: Коммунист,
1967 – вып. 6. – С. 343