Совершенствование конструкции знаков навигационного оборудования внутренних водных путей

Журнал Гидротехника XXI век №2(9) декабрь 2012г

В состав навигационного оборудования судовых ходов входят различные по своему назначению навигационные знаки, которые устанавливаются по определенной системе в зависимости от судоходных характеристик водного пути. Навигационными знаками обозначают положение судового хода, его оси и кромок, места поворотов и разветвлений хода, а также участки со свальными течениями. С помощью навигационных знаков указывают судоходные пролеты мостов и их габаритные размеры, местоположение подводных препятствий, места пересечения судового хода подводными и надводными линиями связи и электропередач, границы акваторий портов, пристаней и рейдов; регулируют судоходство на участках с односторонним движением.

Гладков Г. Л.
д. т. н., профессор СПбГУвк

Ребковец А. В.
генеральный директор ЗАО "Ленгипроречтранс"

Жук А. Ю.
к. т. н., начальник отдела комплексного проектирования ЗАО "Ленгипроречтранс"

Количество навигационных знаков, устанавливаемых на водном пути, состав и основные требования к их расстановке зависят от интенсивности судоходства, габаритов судового хода, размеров транспортного флота, а также от особенностей гидрологического и руслового режимов водного объекта. Состав, назначение, порядок расстановки, содержание навигационных знаков и огней и другие вопросы определяются "Инструкцией по содержанию навигационного оборудования внутренних судоходных путей".

Анализ отчетных данных показывает, что в настоящее время на водных путях Российской Федерации, обслуживаемых навигационным оборудованием, выставляется в среднем 1,4 навигационных знака на 1 км водного пути, в том числе 0,82 береговых знаков и 0,58 плавучих знаков. В различных бассейнах это соотношение разное. Сокращается общее количество и ухудшается техническое состояние маяков и береговых навигационных знаков, это не могло не сказаться в целом на обеспечении качества судоходных условий и безопасности судоходства.

В связи с планируемым открытием внутренних водных путей Российской Федерации для прохода судов под флагами иностранных государств предстоит определенная работа по последовательной гармонизации российского транспортного законодательства, приведению стандартов и транспортной документации в соответствие с нормами, действующими на международных рынках транспортных услуг, поэтому все предложения по модернизации навигационного оборудования следует разрабатывать с учетом международного, в частности общеевропейского, опыта навигационного оборудования внутренних водных путей.

На сегодняшний день ГОСТ 26600-98 установлены типы, основные параметры, размеры, цвет и вид раскраски навигационных знаков, а также характер, цвет и взаимное расположение навигационных огней. Данный стандарт учитывает возможность захода судов одного государства СНГ на внутренние судоходные пути другого государства СНГ, возможность интеграции внутреннего водного транспорта в общеевропейскую воднотранспортную сеть и участия СНГ в едином европейском рынке транспортных услуг на внутренних водных путях. В связи с этим новое поколение навигационных знаков надлежит разрабатывать в соответствии с требованиями указанного ГОСТа.

Новые образцы плавучих навигационных знаков

На внутренних водных путях Российской Федерации, для которых характерно чередование навигационного периода с зимним ледоставом, обычно используют металлические речные навигационные буи, изготавливаемые отечественными производителями, например ОАО "Ростовское центральное проектно-конструкторское бюро "Стапель" и др. В отдельных речных бассейнах начата опытная эксплуатация плавучих навигационных знаков из стеклопластика и полиэтилена. Существует несколько предприятий — производителей такого оборудования в России и за рубежом.

Применяемые в настоящее время на водных путях РФ схемы построения плавучих навигационных знаков основаны преимущественно на цельнометаллических или цельнополимерных конструкциях, собранных методом сварки или формовки. Изделия, изготовленные таким образом, имеют целый ряд существенных недостатков, от которых невозможно избавиться без радикального изменения архитектуры навигационных знаков.

Основными элементами типового речного буя являются надводная часть в виде сигнальной фигуры с определенным силуэтом и подводная часть в виде плавучего основания, которое удерживается на месте постановки знака посредством якоря или якорного груза. Для предотвращения возможности повреждения или утраты плавучих навигационных знаков в ледовых условиях после окончания навигации обстановочное оборудование снимается со штатных мест и транспортируется на береговую базу для межнавигационного ремонта, окраски и хранения. Так как масса больших озерно-речных буев вместе с якорем может достигать 2 т, то для совершения операций, связанных с их расстановкой до начала навигации и снятием после окончания навигации, требуется специальное грузоподъемное оборудование, плавучие средства и организованные места для хранения, а также значительные трудовые и временные затраты.

Новая разновидность плавучего навигационного знака последнего поколения изложена в описании к патенту Российской Федерации №112149 на полезную модель. Предлагаемая полезная модель (положительное решение Роспатента от 30.08.2011 г.) относится к средствам плавучего навигационного оборудования — речным буям и предназначена для обозначения судового хода и опасностей для судоходства на внутренних водных путях. Конструкция оборудования позволяет использовать его круглогодично, в том числе за пределами нормативных сроков навигации. Заявляемое устройство дает новый по сравнению с аналогами технический результат, заключающийся в значительном сокращении трудовых и временных затрат при обслуживании навигационного буя за счет исключения операций по снятию и постановке на якорь основных, наиболее массивных элементов изделия в после- и преднавигационные периоды времени.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: плавучий навигационный знак, состоящий из надводной части в виде сигнальной фигуры и подводной части в виде якорной системы, содержит вертикальный цилиндрический сердечник, обладающий положительной плавучестью, нижней частью соединенный с якорной системой. При этом на верхней части сердечника устанавливается съемная сигнальная фигура, выполненная с возможностью нанизывания и последующей фиксации на сердечнике.

Для обеспечения вертикального положения навигационного знака и положительной плавучести в нижней части сердечника размещен груз — балласт, а внутри верхней — заполнитель с высоким коэффициентом плавучести. В качестве материала сердечника может быть использована стальная оцинкованная или полиэтиленовая труба. В свою очередь, сигнальная фигура может быть выполнена из полиэтилена, заполненного пенополиуретаном, и снабжена осевым отверстием с диаметром, соответствующим диаметру сердечника. В зависимости от типоразмера знака сигнальная фигура может быть выполнена цельной или состоящей из нескольких сборных элементов.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в возможности сокращения трудозатрат на обслуживание плавучих навигационных знаков на внутренних водных путях за счет того, что конструкция изделия позволяет круглогодично сохранять его основные наиболее массивные части — сердечник, цепь и якорь — на штатном месте. При этом сердечник имеет такую форму, которая позволяет ему уходить под лед и выходить в разводье, обозначая свое местоположение на судоходной трассе. Изготовленная из полиэтилена сигнальная фигура плавучего навигационного знака, представляющая собой съемную часть, имеет незначительную массу, что существенно облегчает операцию оснащения знака перед началом навигации и его демонтаж в конце навигации.

 Конструкция плавучего навигационного знака

Рис.1. Конструкция плавучего навигационного знака

Сравнение предлагаемого устройства с имеющимися прототипами показало, что поставленная задача — облегчение обслуживания навигационного оборудования — решается благодаря новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности "новизна". Сущность технического решения поясняется на рис. 1, где изображена конструкция предлагаемого плавучего навигационного знака. В соответствии с заявляемыми материалами плавучий навигационный знак состоит из надводной части в виде сигнальной фигуры 1 и светосигнального оборудования 2, при необходимости устанавливаемого на навигационный период. Для обеспечения возможности нанизывания на вертикальный сердечник 3 внутри фигуры 1 выполнено сквозное отверстие, диаметр которого соответствует диаметру сердечника. В качестве материала фигуры используется полиэтилен, заполненный пенополиуретаном.

Для знаков малых типоразмеров сигнальная фигура 1 изготавливается цельной, для больших — из нескольких сборных элементов. В нижней части цилиндрического сердечника размещен балласт 4 в виде бетонного заполнителя и/или навесного металлического груза, а внутри верхней части — пенополиуретановый наполнитель, совместно они обеспечивают вертикальное положение и положительную плавучесть конструкции. В нижней части сердечника 3 располагается крепление для установки якорной системы 5. При необходимости в верхней части сердечника устанавливается устройство пассивного радиолокационного отражателя 6.

Обслуживание предлагаемой конструкции осуществляется следующим образом. Перед началом навигации непосредственно на месте штатного размещения навигационного знака производится его монтаж. Для этого на борт обстановочного судна, оснащенного грузоподъемным оборудованием, без отсоединения от якорной системы 6 поднимается сердечник 3. На сердечник 3 устанавливаются сигнальная фигура 1 соответствующего типоразмера и раскраски, а при необходимости — светосигнальное оборудование 2. После этого знак опускается в воду, где он занимает вертикальное положение, обозначая трассу судового хода или место опасности для судоходства.

В конце навигации светосигнальное оборудование 2 и съемная фигура знака 1 снимаются с сердечника 3 и транспортируются на базу для межнавигационного хранения. Сердечник остается на штатном месте плавучего знака и в качестве ледового буя – сигары обеспечивает проход судов после истечения плановых сроков навигации.

На следующем этапе работы предлагается выполнить проектные проработки и изготовить опытный образец нового плавучего знака для проведения пробной эксплуатации изделия на одном из магистральных участков Единой глубоководной системы. В дальнейшем можно рекомендовать такие знаки для навигационного оборудования на внутренних водных путях Российской Федерации. Это позволит значительно снизить трудоемкость работ по расстановке и снятию плавучих знаков, так как наиболее тяжелые металлические элементы конструкции (сердечник с цепью и якорем) будут находиться на штатном месте буя в течение длительного периода времени и извлекаться только для проведения профилактических работ. Наибольший эффект от использования знаков такой конструкции может быть получен на участках рек и судоходных каналов со слабодеформируемым дном, где отсутствует необходимость маневрирования судоходной обстановкой в течение навигационного периода времени.

Стационарные акваториальные знаки

Основными средствами навигационного оборудования на внутренних водных путях являются береговые знаки. Они считаются более надежными средствами для ориентирования судоводителей, чем плавучие навигационные знаки. В связи с широким распространением на водных путях обоих разновидностей знаков следует наметить пути модернизации плавучих и береговых навигационных знаков, отдавая предпочтение последним.

В 2011 году ЗАО "Ленгипроречтранс" и Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций по заданию Росморречфлота выполнили научно-исследовательскую работу "Проведение научных исследований по созданию и условиям эксплуатации стационарных акваториальных навигационных знаков на внутренних водных путях". Ее основной целью являлось создание стационарных акваториальных навигационных знаков для уменьшения расходов на содержание навигационного оборудования с сохранением условий безопасного движения флота.

Техническим заданием к настоящей работе было предусмотрено создание нового поколения стационарных навигационных знаков. В соответствии с требованиями ГОСТа решению поставленных задач в наибольшей степени отвечают береговой знак типа "Ориентир" и его разновидность "Русловой маяк". Знаки "Ориентир" применяют на водохранилищах и крупных реках. Они имеют щиты прямоугольной или трапециевидной формы, которые раскрашены пятью чередующимися горизонтальными полосами: на правом берегу — красными и белыми, на левом — черными и белыми (верхняя полоса, соответственно, красная или черная). Эти знаки обозначают выступающие мысы, острова, полузапруды, дамбы и другие характерные места береговой полосы как на реках, так и на водохранилищах.

На водохранилищах могут применяться русловые маяки (разновидность знака "Ориентир"), расположенные на искусственных основаниях на открытой акватории. Эти маяки служат для создания непрерывной цепи береговых знаков. Они указывают точки поворота судового хода и являются надежным средством для определения места судна. Форма, цвет и раскраска сигнальных щитов и характер навигационных огней русловых маяков такие же, как и у знаков "Ориентир".

Расширить практику использования таких навигационных знаков на внутренних водных путях в целях повышения надежности ориентирования судоводителей, обеспечения безопасности судоходства, а также сокращения эксплуатационных расходов на содержание водных путей возможно путем модернизации основных характеристик знаков: архитектуры, конструкции, материалов и светосигнального оборудования. При этом необходимо уточнить область их возможного применения на водных путях в зависимости от гидрологического, ветроволнового и ледового режимов водоема. Опыт эксплуатации русловых маяков имеется в государственных бассейновых управлениях водных путей и судоходства (ГБУВПиС). Например, в Волжском ГБУВПиС в настоящее время эксплуатируется 27 русловых маяков ориентиров. 19 из них расположены на акватории Куйбышевского водохранилища, в том числе 14 шт. — на реке Каме и 5 шт. — на реке Волге, а также 8 маяков — на акватории Волгоградского водохранилища. Первые маяки-ориентиры построены и эксплуатируются на Куйбышевском водохранилище начиная с 1965 года (Кирельский, позже, с 1967 года — Именьковский, Разделительный), на Волгоградском водохранилище — с 1978 года (Пономаревский, Увекский).

Сайменский канал

Рис.2. Сайменский канал

Анализ применяемых вариантов конструкции русловых маяков показал, что опору руслового маяка-ориентира можно возводить в виде каменной наброски из крупнообломочных материалов или укладки железобетонных элементов тетраподов. Возможно использование конструкций опоры в виде одиночной трубы, трубы в трубе, куста свай или свайного ростверка. Вариант конструкции русловой опоры в каждом конкретном случае выбирается в зависимости от ветроволнового режима, гидрологических, геологических и ледовых условий на участке водного пути.

Наиболее простой и наименее дорогостоящей конструкцией опоры руслового маяка - ориентира является опора, выполненная из одиночной трубы, погруженной в грунт. Такие конструкции опор в течение длительного времени успешно используются на Сайменском канале (рис. 2), также имеется опыт их эксплуатации на Куйбышевском и Волгоградском водохранилищах.

Высота опоры руслового маяка над уровнем дна определяется с учетом глубины водоема, амплитуды колебания уровней воды и параметров волнения. При назначении высоты опоры следует исходить из условия, что устанавливаемая на опоре фигура навигационного знака должна быть защищена от возможного воздействия волнения на акватории.

В соответствии с действующими нормативами конструкция русловой опоры рассчитывается на нагрузки от воздействия ледяных полей, также оцениваются ее прочность и устойчивость. Выполненные расчеты минимальной толщины стенки трубы русловой опоры для нескольких вариантов значений толщины льда приведены в таблице. Эти данные позволяют определить основные размеры основания руслового маяка для конкретных местных условий.

Толщина льда, м Минимальная толщина стенки трубы, мм
d = 720 мм d = 820 мм d = 1020 мм
0,5 18 16 12
0,7 28 26 21
0,9 38 33 28
1,1 - - 36

Таблица. Минимально допустимая по напряжениям изгиба толщина стенки трубы в зависимости от ее диаметра и толщины льда

Выполненный анализ показывает, что основные затраты на строительство руслового маяка направляются на возведение дорогостоящей массивной конструкции русловой опоры. Опыт эксплуатации таких сооружений на крупных водохранилищах показывает, что практически вне зависимости от типа конструкции в последующем обычно приходится нести значительные эксплуатационные расходы, связанные с поддержанием сооружений в работоспособном состоянии.

Как показали результаты проведенного исследования, широкое применение русловых маяков-ориентиров для большинства российских крупных водохранилищ с учетом сложности гидрологического и ледового режимов представляется экономически неэффективным в связи с большими затратами на их строительство и эксплуатацию. Исключение могут представлять участки водных путей на мелководных водохранилищах с ограниченными акваториями, где в весенний период не происходят подвижки ледовых полей. Для этих участков можно проектировать русловые опоры маяков-ориентиров облегченной конструкции.

Заключение

На основе анализа современного состояния навигационного оборудования внутренних водных путей и с учетом отечественного и международного опыта его содержания и обслуживания необходимо разработать концепцию модернизации навигационного оборудования в целях повышения надежности функционирования судоходной обстановки, обеспечения безопасности судоходства и снижения эксплуатационных затрат на содержание водных путей.

Выполненный анализ международного опыта и современных отечественных разработок показывает, что при разработке новых вариантов конструкции навигационных знаков предпочтение следует отдать конструкции плавучих навигационных знаков, изготавливаемых из полиэтилена. Наиболее эффективными с точки зрения обеспечения безопасности судоходства и удобства эксплуатации следует считать знаки из сборных конструктивных полиэтиленовых элементов с пенополиуретановым заполнителем. Это позволит создать новое поколение навигационных знаков, основанных на применении высокотехнологичных полиэтиленовых материалов, современного светосигнального оборудования и источников питания, а также систем дистанционного мониторинга позиционирования и оценки работоспособности навигационного оборудования внутренних водных путей. Суммарный эффект от внедрения новой техники в путевом хозяйстве будет достигнут в результате повышения производительности труда при обслуживании навигационного оборудования, оптимизации системы обслуживания водных путей, сокращения эксплуатационных расходов на содержание путевого хозяйства и, как следствие, повышения качества судоходных условий и безопасности плавания по внутренним водным путям.

Литература

  1. О навигационной деятельности: ФЗ от 14.02.2009 № 22-ФЗ // КонсультантПлюс: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online. cgi?req=doc;base=LAW;n=84895.
  2. ГОСТ 26600–98. Знаки навигационные внутренних судоходных путей. Общие технические условия. Минск: Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2002. 37 с.
  3. Правила плавания по внутренним водным путям Российской Федерации: Приказ Минтранса РФ от 14.10.2002 № 129 // Zaki.ru. Законы и право: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://zaki.ru/pagesnew.php?id=6639.
  4. Инструкция по содержанию навигационного оборудования внутренних судоходных путей (временная). М., 1997. 146 с.
  5. Кодекс внутреннего водного транспорта РФ. М.: Былина, 2001. 155 с.
  6. Инструкция по расстановке знаков навигационной путевой обстановки на Дунае. Будапешт: Дунайская комиссия, 2006.
  7. ГОСТ 26775–97. Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. Нормы и технические требования. М., 1997. 22 с.
  8. Гладков Г. Л., Ребковец А. В. Развитие навигационного оборудования внутренних водных путей // Журнал Университета водных коммуникаций. 2012. Вып. 13. С. 16–27.
  9. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) (1989, с изм. № 2 от 1995). М.: Госстрой СССР. М., 1989.
  10. Горюнов Б. Ф., Корчагина А. Я. Причальные и отбойные палы. М.: Транспорт, 1965. 98 с.
Все права защищены
Перепечатка материалов возможна
только при наличии активной ссылки на источник
Изм. Кол.уч. Лист №док. Подпись Дата
  © ЗАО "Ленгипроречтранс", 2016 Стадия Лист Листов
  116
 
Совершенствование конструкции знаков навигационного оборудования внутренних водных путей ЗАО "Ленгипроречтранс"
Designed by DAD