- полный
- Название продукта
- ключевое слово
- Модель продукта
- Краткое описание продукта
- Описание продукта
- Полнотекстовый поиск
Pусский 
В современных портах и морских сооружениях швартовые стойки и швартовые канавки являются ключевыми компонентами, защищающими суда и причальные конструкции от повреждений при столкновении. С расширением глобального судоходства, модернизацией портов и увеличением количества крупнотоннажных судов к буферным системам предъявляются более высокие требования с точки зрения производительности, срока службы, ремонтопригодности и интеллекта. Старый подход, основанный исключительно на эмпирическом выборе и чрезмерных запасах прочности, постепенно заменяется новыми методами, сочетающими надежное моделирование, структурную оптимизацию, экологически чистые материалы и интеллектуальный мониторинг.
На этапе выбора крыла необходимо следовать ряду принципов и стандартов, чтобы буферная система не была ни чрезмерно консервативной, ни недостаточно спроектированной.
（1）В Китае JTJ 297-2001 : Технические спецификации для вспомогательных причальных сооружений является широко используемым справочником, содержащим определения, типы крыльев, расстояние между ними, критерии нагрузки и правила проектирования.
（2）На международном уровне последнее руководство PIANC по крыльям (например, WG 33 / PIANC Fender Guidelines) предоставляет усовершенствованные методы расчета энергии причала, моделирования процесса причаливания и целостного подхода к проектированию.
（3）Что касается резиновых крыльев, отраслевые нормы, такие как HG/T 2866 , и стандарты ассоциации (например, T/CANSI 31-2020) содержат дополнительные рекомендации по выбору и установке.
Эти стандарты обеспечивают основополагающие критерии (например, расчетное поглощение энергии, максимально допустимое сжатие, пределы силы реакции и т. д.) и определяют проектные ограничения (например, максимальное торцовое давление, способность к сдвигу, коэффициенты безопасности).
Основой выбора является оценка эффективной энергии столкновения , которая должна быть поглощена буферной системой во время швартовки судна:
（1）На основе массы судна, скорости подхода, осадки, отклонения направления швартовки, жесткости конструкции причала и т. д. рассчитайте энергию столкновения.
（2）Учет воздействия на окружающую среду: приливы, течения, волны, движение судов, вызванное ветром, которые создают дополнительные воздействия.
（3）Учитывайте запас прочности: общая поглощающая способность крыльев должна превышать расчетную энергию столкновения, учитывая ухудшение характеристик в течение срока службы.
На основе энергетической оценки можно определить подходящий тип, размеры, количество и расположение крыльев.
Распространенные типы крыльев включают в себя:
(1) Крылья из твердой резины (фиксированные/неплавающие)
(2) Плавающие резиновые крылья (например, пневматические, наполненные)
(3) Внутри резиновых крыльев: тип D, тип O, тип W, конус, арка, тип V и т. д.
(4) Шинные крылья/комбинации шин , часто используемые в небольших портах.
(5) Стальные/металлические крылья или полиуретановые/композитные крылья для обеспечения высокой износостойкости, длительного срока службы или специального применения.
При выборе необходимо сравнить общие характеристики по поглощению энергии / силе реакции / распределению давления / простоте установки / стоимости обслуживания / сроку службы..
Например, крылья арочного типа (или «арочного») часто обеспечивают большее поглощение энергии при меньших силах реакции по сравнению с простыми конфигурациями V-образного типа при том же номинальном сжатии.
Даже при правильно подобранном крыле неправильная компоновка может привести к выходу буфера из строя:
(1) Вертикальное многослойное расположение / зонирование по уровню воды : В портах с большим диапазоном приливов размещайте кранцы на разных вертикальных уровнях, чтобы при различных уровнях воды они все еще соприкасались с корпусом.
(2) Горизонтальное расстояние : зазор между соседними кранцами должен гарантировать, что при проектном сжатии кранцев ни одна открытая часть стены причала не останется уязвимой.
(3) Распределение вдоль передней кромки : типы пристаней (причальная стенка, свайная пристань, эстакада) требуют различных стратегий планировки.
(4) Защита концов/углов : в концевых областях могут потребоваться более плотные или усиленные крылья, чтобы выдерживать локальные концентрации напряжений.
(5) Перекрывающиеся / резервные схемы : для судов широкого диапазона размеров рассмотрите возможность перекрытия или запасных кранцев на случай экстремальных ситуаций при швартовке.
При проектировании кранца необходимо строго контролировать:
(1) Максимально допустимое торцевое давление : Давление на корпус судна не должно превышать допустимых значений.
(2) Способность к сдвигу : кранец должен противостоять силам сдвига, особенно при перекошенном или наклонном спальном месте.
(3) Контроль силы реакции : Силы реакции не должны быть слишком высокими, чтобы не повредить причал или конструкцию судна.
(4) Коэффициент резервирования/безопасности : учитывает деградацию материала и экстремальные условия, чтобы конструкция сохраняла запас прочности.
Выбор крыльев – это только первый шаг. Структурная оптимизация имеет более важное значение для повышения производительности, снижения затрат и продления срока службы.
Современные подходы к проектированию делают упор на рассмотрение кранца как части буферной системы, а не на рассмотрении кранца, анкерной конструкции, опорной рамы и фундамента как изолированных элементов:
（1）В PIANC (WG 33)/более новых руководствах подчеркивается, что проектирование должно включать в себя кранец, конструкцию причала и характеристики швартовки, а не рассматривать кранец изолированно.
（2）Например, жесткость анкерной конструкции, опорных соединений и закладных деталей должна соответствовать характеристикам буферизации, чтобы избежать ошибок несоответствия.
Благодаря достижениям в области моделирования проектировщики могут использовать анализ методом конечных элементов (FEA), модели динамического сцепления, анализ контактного воздействия и т. д. для моделирования сложных взаимодействий между корпусом судна, крылом и конструкцией причала.
Например, исследователи использовали нелинейные модели конечных элементов системы «корпус – крыло – причал» для моделирования динамических реакций на протяжении всей последовательности швартовки. Результаты часто показывают, что по мере увеличения скорости захода на посадку эффективность поглощения кранцем снижается, что приводит к установлению верхнего предела безопасной скорости захода на посадку (например, 2–2,5 узла в данном случае).
Посредством такого моделирования можно изучить временную эволюцию напряжений, деформаций и поглощенной энергии на этапах контакта, сжатия, разгрузки и отскока, а затем оптимизировать профиль крыла, распределение материала и схему крепления.
Специально для больших или высокопроизводительных крыльев можно рассмотреть:
(1) Оптимизация топологии : оптимизируйте внутреннюю структуру или скелетную поддержку для уменьшения веса и материала при сохранении производительности.
(2) Модульная/блочная конструкция : разделите большие крылья на модульные блоки для упрощения изготовления, транспортировки и замены.
(3) Многоцелевая оптимизация : одновременно оптимизируйте поглощение энергии, силу реакции, стоимость, вес и срок службы.
Выбор материала и долговечность имеют решающее значение при оптимизации конструкции:
(1) Высококачественная резина/композиты/полимерные материалы : снижение веса при одновременном повышении усталостной прочности и характеристик старения.
(2) Износостойкие поверхностные слои или вкладыши : для уменьшения локального износа.
(3) Композитные конструкции (например, металлический каркас + эластомерное покрытие) : для баланса жесткости и способности к деформации.
(4) Интеграция датчиков/материалы для самодиагностики : для предоставления данных для последующего мониторинга.
При проектировании необходимо учитывать деградацию окружающей среды (воздействие ультрафиолета, солевая коррозия, циклическое изменение температуры, биообрастание), которые со временем ухудшают свойства материала.
Конструкции за пределами самого крыла также имеют потенциал оптимизации:
(1) Методы анкеровки (анкерные стержни, закладка, болтовые соединения, сварка) должны сочетать конструктивность и безопасность конструкции.
(2) Соединители/опорные рамы должны иметь резервирование и легкость замены.
(3) Закладные детали/фундамент должны соответствовать несущей способности причала.
(4) Простота обслуживания/замены : конструкция для защиты от коррозии, быстрое снятие, модульная замена.
На этапе планирования и проектирования следует предусмотреть возможность будущего обслуживания и замены, чтобы избежать ловушек «отличное крыло, но невозможно заменить».
Помимо выбора и структурной оптимизации, в современном проектировании буферных систем возникают следующие тенденции:
В связи с более разнообразным диапазоном размеров судов и условий причала традиционное кранце «один размер подходит всем» заменяется модульными и индивидуальными конструкциями:
（1）Производители кранцев предлагают несколько модульных блоков, которые можно собрать в соответствии с условиями причала.
(2) Регулируемые крылья или крылья с настраиваемой жесткостью или высотой.
（3）Некоторые поставщики теперь предлагают онлайн-инструменты выбора, интегрированные со спецификациями кранцев и швартовочных стоек (например, инструменты проектирования Trelleborg).
Эта тенденция позволяет проектировщикам гибко распределять буферные ресурсы, снижать стоимость запасов и адаптироваться к будущим изменениям судна.
Разведка – важнейшее направление портовой инфраструктуры, и буферные системы – не исключение:
（1）Встроенные датчики (тензодатчики, пьезоэлектрические датчики, беспроводные датчики давления/перемещения, акселерометры) для мониторинга деформации, напряжения и износа в режиме реального времени
（2）Использование Интернета вещей, облачных платформ или технологий цифровых двойников для связи состояния кранца с операционными системами порта.
（3）Использование данных мониторинга для проведения профилактического обслуживания, оценки срока службы и раннего предупреждения.
Согласно исследованиям рынка, рынок крыльев все больше ценит интеграцию датчиков и возможности мониторинга состояния в качестве драйвера роста.
В условиях растущих экологических и низкоуглеродных требований проектирование буферных систем смещается в сторону более экологичных и устойчивых направлений:
（1）Использование прочных, антивозрастных, пригодных для вторичной переработки или повторного использования материалов.
（2）Оптимизация для снижения расхода материала
（3）Экологически чистые производственные процессы для снижения выбросов углекислого газа
（4）Рассмотрение затрат полного жизненного цикла (материалы, обслуживание, замена), а не только первоначальных затрат
Проектирование следующего поколения в большей степени опирается на детальное моделирование и статистический анализ поведения при швартовке:
(1) Используйте данные AIS / VTS (система автоматической идентификации / служба движения судов) для сбора фактической скорости подхода к причалу, распределения типов судов, смещения, угла смещения и т. д.
(2) Внедрить в проект анализ неопределенности (Монте-Карло, анализ чувствительности).
(3) Учитывайте экстремальные условия (шторм, перекос швартовки, стоянку с сильным током) и обеспечьте адаптацию буферных систем.
Такой усовершенствованный дизайн помогает избежать перебора, обеспечивая при этом безопасность в различных сценариях.
Буферные системы больше не являются самостоятельными — они проектируются совместно со швартовными стойками, швартовочными канавками, схемами расположения швартовных канатов и т. д.:
(1) Учет влияния сил швартовки на поведение буфера
(2) Согласование относительного положения, жесткости и путей нагрузки между кранцами и швартовочными стойками.
(3) Во время швартовки швартовочная канавка, канатные направляющие устройства и буферные поля воздействия могут взаимодействовать и соединяться.
Такое интегрированное представление обеспечивает более надежную работу системы и упрощает обслуживание/эксплуатацию.
Вот два показательных случая или исследования и их идеи по выбору крыльев и структурной оптимизации.
Случай 1 : Динамическое сопряженное моделирование и ограничение скорости швартовки
В исследовании под названием «Динамическое моделирование столкновения корабля, кранца и причала» авторы строят нелинейную конечно-элементную модель системы корпус-кранец-причал и моделируют полную последовательность швартовки. Результаты показывают, что по мере увеличения скорости приближения эффективность поглощения крыльев снижается; в рассматриваемом случае максимальная безопасная скорость швартовки составляла около 2,5 узлов, при рекомендуемой безопасной скорости ~2,0 узлов.
Вывод : даже если выбор кранцев правильный, если фактическая скорость причаливания слишком высока, производительность буфера может ухудшиться или выйти из строя. Таким образом, контроль скорости должен быть частью конструкции.
Случай 2 : Тенденции рынка в области модульности и интеллектуальной интеграции
Согласно исследованиям рынка, рынок крыльев смещается в сторону модульных, настраиваемых и интегрированных с датчиками решений. Производители Fender встраивают датчики мониторинга состояния, предлагают онлайн-инструменты проектирования и модульные схемы комбинирования для удовлетворения различных требований портов.
Вывод: при производстве оборудования и проектировании систем разумно зарезервировать место для размещения датчиков, стандартов модульных интерфейсов и путей обновления с учетом будущих усовершенствований.
Переходя от выбора крыльев к оптимизации конструкции, проектировщики сталкиваются с рядом проблем:
1. Неопределенность поведения при швартовке
Скорость подхода, угол смещения, положение и движение судна сильно случайны. Проекты должны включать статистические модели или модели Монте-Карло, чтобы справиться с этой неопределенностью.
2. Прогнозирование деградации материала и усталостной долговечности.
Резиновые и полимерные материалы со временем разрушаются под воздействием ультрафиолета, солевого тумана, циклических температур, биообрастания, механической усталости и т. д. Прогнозирование срока службы и расчет запаса имеют важное значение.
3. Ограничения по строительству и монтажу
Закладные детали причала, анкерные фундаменты, опорные рамы должны соответствовать ограничениям площадки (глубина, конструкция свай, форма конструкции причала). Проектирование должно обеспечивать технологичность.
4. Сложность сопряжения системы
Взаимодействие кранцев, швартовочных стоек, тросов и канавок может быть сложным. Могут потребоваться совместное моделирование и итеративные модели взаимодействия.
5. Баланс между производительностью и стоимостью и обслуживанием
Высокопроизводительные крылья с интеллектуальными датчиками стоят дороже. Выбор должен учитывать производительность, стоимость, расходы на техническое обслуживание и жизненный цикл.
6. Пробелы в стандартах и адаптация к локализации
Хотя стандарты (например, JTJ, PIANC) существуют, многие проекты должны адаптироваться к местному климату, гидрологии, составу судов и правовым/нормативным ограничениям.
От выбора кранца до структурной оптимизации – это основа проектирования буферной системы причала. В будущем проектирование буферных систем будет все больше полагаться на инструменты моделирования, мышление на уровне системы, инновации в материалах и интеллектуальный мониторинг. Модульная настройка, определение состояния и устойчивый дизайн — новые направления. Между тем, проектировщики должны продолжать учитывать неопределенности в поведении швартовки, старении материалов, ограничениях конструктивности, соединении систем и проблемах стоимости всего срока службы.
