proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Способствует ли безопасности атомной отрасли закрытость (усиление режима)?
Да
Нет
Сильнее влияют другие факторы

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[25/10/2012]     Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть?

Л.Г.Цой, зав. лаб. ледокольной техники ЗАО «ЦНИИМФ», д.т.н., проф.

Сложившаяся к настоящему времени транспортно-технологическая система перевозок грузов в российской Арктике предусматривает использование атомных ледоколов двух типоразмеров. На глубоководных участках трасс Северного морского пути проводки транспортных судов осуществляют мощные ледоколы типа «Арктика», а на мелководных, в том числе в устье реки Енисей и в Обской губе, работают мелкосидящие атомные ледоколы типа «Таймыр».


Поскольку существующие ледоколы в ближайшие годы выработают свой ресурс и начнется их списание, необходимо создание атомных ледоколов нового поколения. Изучение перспектив развития грузоперевозок в Арктике показывает, что ожидается значительное увеличение их объема за счет экспорта углеводородного сырья. Эти перевозки будут осуществляться на крупнотоннажных танкерах и газовозах. Соответственно для повышения надежности и безопасности проводок крупнотоннажных судов требуется создание более мощных и более тяжелых ледоколов с увеличенной шириной. Увеличение размеров в плане атомного ледокола приводит к появлению избыточной плавучести и, следовательно, к уменьшению его осадки. Последнее позволит такому ледоколу работать на мелководье. В условиях глубокой воды в тяжелых дрейфующих льдах арктических морей для возможности использования полной мощности и лучшей защиты гребных винтов он будет увеличивать осадку за счет приема жидкого балласта. Таким образом, при создании универсального двухосадочного ледокола отпадает необходимость в строительстве ледоколов двух типов: глубокосидящего и мелкосидящего.



Впервые предложение о строительстве атомных ледоколов класса «Арктика» по новому проекту с измененными размерениями и улучшенной формой корпуса было выдвинуто ЦНИИМФом 33 года назад в связи с принятым решением о продолжении серийного строительства этих ледоколов согласно Постановлению ЦК КПСС и Совмина СССР от 12.07.1979 г. Выполненное институтом изучение соответствия а/л «Арктика» и а/л «Сибирь» условиям эксплуатации на перспективных направлениях арктических перевозок, а также техническим возможностям большегрузных и крупнотоннажных судов ледового плавания нового пополнения выявило необходимость дальнейшего совершенствования основных параметров этих ледоколов. Опытнейший капитан а/л «Арктика» Ю.С. Кучиев после ледовых испытаний ледокола в мае 1975 г. отметил, что новый атомоход «легковат для своей мощности, ему не хватает массы для более эффективной работы в торосистых льдах».

Подготовленное ЦНИИМФом предложение, поддержанное комсоставом атомоходов «Арктика» и «Сибирь» и согласованное с Арктическим и Антарктическим научно-исследовательским институтом (ААНИИ), было направлено всем заинтересованным организациям.


Первым с подтверждением целесообразности модернизации проекта 1052 ледоколов типа «Арктика» выступил главный инженер-механик а/л «Сибирь» А.К.Следзюк, ранее возглавлявший Спецгруппу технадзора за строительством атомных ледоколов. Ниже приведены выдержки из его отзыва:


Однако со стороны судостроителей проектант – ЦКБ «Айсберг» сделал не обоснованное, безапелляционное заявление, что если увеличить ширину ледокола до предлагаемых 32 м, то его ледопроходимость упадет с 2,3 до 1,5 метров. В итоге, Минсудпром не пошел навстречу пожеланиям Минморфлота и заложил третий ледокол а/л «Россия» в прежнем корпусе, о чем свидетельствует приводимый ниже фрагмент репортажа с Балтийского завода о строительстве очередного атомного ледокола: «От добра добра не ищут, заявил руководитель конструкторского коллектива, проектирующего «Россию». Потому всё, что оправдало себя на «Арктике» и «Сибири», переносится в проект «России». Корпус, например, можно было бы в принципе строить по старым чертежам, если бы они не истрепались в руках при работе над первыми двумя балтийскими ледоколами [«Россия» атомная, Ю.Стволинский, Ленинградская правда, 4.10.1981 г.]


В 1983 г. в рамках исследований по программе пополнения флота в очередной пятилетке ЦНИИМФ разработал основные технико-эксплуатационные требования (ОТЭТ) к атомному ледоколу нового поколения, исходя из целесообразности создания его в двухосадочном исполнении, что могло быть реализовано только на атомном ледоколе, учитывая независимость его осадки от запасов топлива. Требования были согласованы с Администрацией Северного морского пути (АСМП), Мурманским морским пароходством (ММП) и Спецгруппой технадзора и переданы заказчику – В/О «Мортехсудоремонт».

В 1988 г. институт выполнил поисковую проектно-исследовательскую проработку, разработал технико-экономическое обоснование (ТЭО) и уточнил ОТЭТ к атомоходу нового поколения. Последнему был присвоен шифр ЛК-60Я. В ТЭО были обоснованы требуемая ледопроходимость, энерговооруженность, архитектурно-конструктивный тип, усовершенствованная форма обводов корпуса и целесообразность увеличения главных размерений ледокола нового типа. Было показано, что этот ледокол по сравнению с ледоколами типа «Арктика» должен иметь увеличенную до 32-33 м ширину и на 50% большее водоизмещение по КВЛ, что даст возможность повысить эффективность проводок перспективных транспортных судов арктического плавания, включая работу в условиях ледовых сжатий и буксировку на буксире вплотную, а также улучшить за счет большой инерционной массы ледокольную способность в тяжелых льдах.

Влияние ширины ведомого судна (Вс), отнесенной к ширине ледокола (Влк), прокладывающего канал, на скорость движения каравана во льдах различной толщины показано на рис. 1 в виде безразмерной диаграммы, построенной на основании данных специально проведенных модельных и натурных испытаний.


Рис. 1 Зависимость относительной скорости судна в канале (Vл/V0) от относительных значений толщины льда (h/hл) и ширины судна (b=Bс/Bлк)


На рис. 2 представлены результаты впервые выполненных в 2002 г. натурных испытаний по проводке крупнотоннажного танкера «Приморье» класса Афрамакс в каналах различной ширины. Полученные зависимости подтверждают целесообразность увеличения ширины перспективного ледокола, по крайней мере, до рекомендуемых 32-33 метров.


Рис. 2. Зависимость скорости проводки танкера «Приморье» от толщины льда и ширины канала, прокладываемого ледоколами.



Для обеспечения гарантированной, устойчивой круглогодичной навигации в Западном районе Арктики ледопроходимость ледокола типа ЛК-60Я должна составлять не менее 2,8-2,9 м, о чем свидетельствует основанный на многолетнем опыте освоения российской Арктики график, приведенный на рис. 3.


Рис. 3. Зависимость продолжительности навигационного периода в Арктике от ледопроходимости ледоколов


Увеличенные размерения, обеспечивающие дополнительную плавучесть, позволят создать ледокол с двумя рабочими осадками: с осадкой по КВЛ, равной 11 м, и минимальной (безбалластной) осадкой, равной 9 м. В результате этого появится возможность при тяжелых ледовых условиях обеспечить надежные, эффективные проводки судов на мелководных участках Севморпути, включая устьевые участки сибирских рек Обь и Енисей. Это в итоге даст возможность отказаться в дальнейшем от строительства атомных ледоколов двух типоразмеров: мелкосидящих типа «Таймыр» и трассовых типа «Арктика», что, как было показано в ТЭО, экономически оправдано.

При рассмотрении ТЭО и ОТЭТ к ледоколу типа ЛК-60Я Мурманским и Дальневосточным морскими пароходствами целесообразность создания двухосадочного ледокола была одобрена, основные технические решения согласованы.

Вместе с тем, хотя исследовательская проработка ЦНИИМФа подтвердила принципиальную совместимость выдвинутых требований к основным параметрам ледокола, параллельно выполненная ЦКБ «Айсберг» проектная проработка нового ледокола под шифром «Ямал», основанная на консервативных решениях по выбору конструкции и формы корпуса, состава энергетической установки и компоновки общего расположения, не подтвердила возможности обеспечения требования к минимальной рабочей осадке.

Учитывая разногласия в реальности совмещения требований к двум осадкам, для определения условий и требующихся прогрессивных технических решений, при которых возможно обеспечение минимальной 9-метровой рабочей осадки, выявившиеся при рассмотрении ТЭО и ОТЭТ к предлагаемому ледоколу на НТС Минморфлота (21.03.1988 г.), Советом было рекомендовано организациям Минморфлота и Минсудпрома провести в 1989 г. дополнительные исследования и проработки. В результате был заключен договор между ЦНИИМФом и Главсудомехом, в соответствии с которым ЦКБ «Айсберг» в качестве соисполнителя выполнило новую проектную проработку двухосадочного атомного ледокола под шифром «Ямал-2». Эта дополнительная проработка подтвердила возможность создания ледокола типа ЛК-60Я с двумя рабочими осадками: минимальной – 9 м, и максимальной – 11 м.

Таким образом, была доказана возможность совмещения сформулированных ЦНИИМФом требований к основным параметрам и минимальной рабочей осадке атомного ледокола нового поколения. С учетом результатов проработки «Ямал-2» ЦКБ «Айсберг» разработало на базе ОТЭТ ЦНИИМФа проект Технического задания на эскизное проектирование ледокола ЛК-60Я и было готово приступить к его проектированию.

НТС Минморфлота, рассмотревший выполненную в 1989 г. «Проработку технической возможности и эксплуатационно-экономической целесообразности создания двухосадочного атомного ледокола типа ЛК-60Я с минимальной рабочей осадкой 9 м», в своем протоколе (№ 10 от 18.04.1990 г.) отметил:

«Новая проектная проработка «Ямал-2» атомного ледокола с мощностью на валах 60-65 МВт с двумя рабочими осадками 11,0 и 9,0 м выполнена ЦКБ «Айсберг» по техническим требованиям ЦНИИМФ, одобренным Главсудомехом и ММП.

Новый ледокол будет отличаться от ледоколов типа «Арктика» следующим:
-      увеличенной шириной – 33 м (против 28 м);
-      увеличенной массой (на около 50%);
-      минимальной рабочей осадкой – 9,0 м (против 10,4 м при одинаковой осадке по КВЛ, равной 11,0 м);
-      новой паропроизводящей установкой моноблочного типа, отличающейся существенно более высокими параметрами надежности и безопасности, меньшими массогабаритными характеристиками;
-      системой электродвижения на переменно-переменном токе (вместо постоянно-переменного);
-      повышенной ледопроходимостью – 2,8 м против 2,3 м.

С целью сбережения энергозатрат предусмотрены:
-      использование новой, улучшенной формы корпуса (за счет чего предполагается увеличение ледопроходимости на 0,5 м);
-      применение для ледового пояса двухслойной стали с нержавеющим плакирующим слоем.
Эти мероприятия (с учетом новой формы носовой оконечности) по расчетам ЦНИИМФ обеспечат выигрыш в мощности на около 35%».

Научно-технический Совет постановил:

1. Выполненная ЦКБ «Айсберг» проектная проработка подтвердила принципиальную возможность и экономическую целесообразность создания атомного ледокола типа «Ямал-2» мощностью на валах 60 МВт с минимальной рабочей осадкой 9,0 м при максимальной осадке по КВЛ, равной 11,0 м.

2. Считать целесообразным атомные ледоколы по теме «Ямал-2» рассматривать как ледоколы, предназначенные для замены ледоколов «Арктика» по мере вывода их из эксплуатации».

 
Предложение о применении для наружной обшивки в районе ледового пояса плакированной нержавеющим слоем стали основано на опыте эксплуатации перспективных атомоходов. На рис. 4 показана зависимость потребной мощности ледокола «Арктика» при движении в сплошных льдах различной толщины, которая была получена во время сдаточных испытаний ледокола в 1975 г. и через 8 лет эксплуатации в 1983 г. Из-за интенсивной коррозии корпуса его шероховатость и соответственно коэффициент динамического трения льда о корпус за это время увеличились в несколько раз, что можно видеть из приведенных графиков на рис. 5, 6. В результате, за 8 лет эксплуатации ледопроходимость а/л «Арктика» уменьшилась с 2,3 м до 1,7 м. Это равнозначно потере мощности ледокола в 2 раза.


Рис. 4. Зависимость толщины ровного сплошного льда, преодолеваемого ледоколом «Арктика», от мощности при скорости 2 уз




Рис. 5. Зависимость шероховатости наружной обшивки от срока эксплуатации и материала корпуса ледоколов.



1 - сталь типа АБ (атомные ледоколы),

2 - сталь углеродистая, низколегированная.


Рис. 6. Экспериментальная зависимость коэффициента динамического  трения от шероховатости.

Одновременно, повышенная шероховатость корпуса ледокола стала причиной его интенсивного облипания снежно-ледяной массой при низких температурах наружного воздуха (рис. 7), что существенно отразилось как на эффективности его работы во льдах, так и на безопасности проводок судов.


Рис. 7. Облипание корпуса а/л «Арктика» снежно-ледяной массой через 3 года эксплуатации (фото Л.Г. Цоя).



Предложенные ЦНИИМФом усовершенствованные обводы носовой оконечности для ледокола нового поколения в течение 1987-1988 гг. испытывались в ледовых бассейнах ААНИИ и финской фирмы «Вяртсиля Морская Техника» (в рамках научно-технического сотрудничества). Испытания показали возможность достижения ледопроходимости ледокола, равной 2,8-2,9 м, при выигрыше в мощности в 30-40%, по сравнению с обводами существующих ледоколов серии «Арктика». Это дало основание ЦНИИМФу выступить с инициативой о внедрении разработанных усовершенствованных обводов, а также применении для обшивки носовой части корпуса плакированной стали на последнем ледоколе проекта 10521 «Урал», переименованном впоследствии в «50 лет Победы», что и было реализовано при проектировании носовой оконечности этого ледокола. Модернизацию носовой оконечности, выполненной по обоснованию ЦНИИМФа, следует рассматривать как прогрессивное явление в отечественном ледоколостроении.

После распада Советского Союза вопрос о необходимости возобновления строительства атомных ледоколов был рассмотрен в Мурманске 3 марта 1999 г. на совместном совещании министров транспорта и атомной энергии Российской Федерации. После обсуждения «Предложений по развитию ледокольного флота России и обоснованию необходимости строительства атомных ледоколов нового поколения», подготовленных ЗАО «ЦНИИМФ» и ОАО «ММП» и согласованных с «ЦКБ «Айсберг» и ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, концепция создания в качестве основного ядра арктического ледокольного флота универсальных двухосадочных атомных ледоколов была одобрена. Было признано целесообразным создание универсального двухосадочного атомного ледокола взамен ледоколов типов «Арктика» и «Таймыр». Мурманским морским пароходством было выдвинуто более жесткое требование к минимальной рабочей осадке в 8,5 м вместо 9 м, полученных в проработке «Ямал-2».

Во исполнение решения двух министров Минтранс поручил ЦНИИМФу разработать в 2000 г. ТЭО и ОТЭТ к универсальному двухосадочному ледоколу, имея в виду его первоочередное проектирование и строительство. Параллельно ЦКБ «Айсберг» в 1999 г. выполнило проектную проработку, подтвердившую возможность получения минимальной осадки 8,5 м за счет уменьшения высоты борта при размещении всех жилых помещений экипажа в надстройке.

При выполнении ТЭО ЦНИИМФом была рассмотрена модель использования ледоколов нового поколения и оценена их коммерческая эффективность, подтвердившая целесообразность создания атомных ледоколов типа ЛК-60Я. Даны рекомендации по энерговооруженности, главным размерениям, форме обводов корпуса и средствам повышения ледопроходимости, проработаны варианты с применением перспективных ядерных паро-производящих установок в блочном и моноблочном исполнении.

Проведенные исследования позволили сформировать облик атомного ледокола нового поколения. ОТЭТ к предлагаемому к проектированию и строительству двухосадочному атомному ледоколу типа ЛК-60Я был согласован с оператором атомного ледокольного флота – ОАО «ММП» и Администрацией Севморпути.

В 2003 г. ЦНИИМФ подготовил «Предложение по облику ледокола нового поколения и о порядке разработки ТЗ на его проектирование», где были представлены ожидаемые характеристики двухосадочного ледокола типа ЛК-60Я в сравнении с а/л «Россия» и а/л «Таймыр» (табл.1). Было рассмотрено два варианта ледокола в зависимости от используемой реакторной установки. Ширина ледокола принята максимально возможной, исходя из условия строительства на стапеле «Б» Балтийского завода.


Таблица 1. Основные характеристики двухосадочного ледокола универсального назначения типа ЛК-60Я (по проработкам ЦНИИМФа)


Характеристики
Заменяемые ледоколы
Ледокол ЛК-60Я
Таймыр
Россия
вариант 1
вариант 2
Длина, м




наибольшая
150,0
148,0
176,0
168,0
по КВЛ
140,6
136,0
164,0
156,0
Ширина по КВЛ, м
28,0
28,0
32,2
32,2
Высота борта, м
15,1
17,2
15,8
15,8
Осадка, м




по КВЛ
8,1
11,0
10,5
10,5
спецификационная (без балласта)
-
10,7
8,5
8,5
Водоизмещение по КВЛ, т
18860
23460
32400
30800
Жидкий балласт, т
-
890
7500
7200
Тип установки 
АЭУ
АЭУ
АЭУ
(блочная)
АЭУ
(моноблочная)
Мощность на валах, МВт




при осадке по КВЛ
32,5
49,6
60,0
60,0
при спецификационной осадке
32,5
49,6
48,0
48,0
Число валов
3
3
3
3
Диаметр винтов, м
5,0
5,7
6,2
6,2
Тяга гребных винтов, т
295
480
590
590
Скорость на чистой воде, уз
20,2
20,8
22,3
22,1
Ледопроходимость, м




при осадке по КВЛ
2,0
2,3
2,9
2,9
при спецификационной осадке
2,0
2,3
2,6
2,6

В 2004 г. Дирекция госзаказчика, учитывая заинтересованность Судпрома в строительстве вместо одного двух типов атомных ледоколов (мелкосидящего и глубокосидящего), заключила с ЦКБ «Айсберг» договор на выполнение проектных проработок и технико-экономических исследований перспективных атомных ледоколов в обеспечение принятия решения по выбору типа атомного ледокола нового поколения для разработки технического задания на его проектирование. В качестве субподрядчика ЦКБ «Айсберг» наняло ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова (ЦНИИК), который выполнил расчетную оценку гидродинамических и ледовых характеристик двухосадочного атомного ледокола. В отличие от оцененного ЦНИИМФом значения эффективно перерабатываемой мощности (без кавитации и аэрации) при минимальной рабочей осадке 8,5 м, равного 48 МВт, что соответствует ледопроходимости 2,6 м, по расчетам ЦНИИК «двухосадочный ледокол при работе на осадке 8,5 м попадает в зону развитой аэрации… и перерабатываемая мощность, при которой не будет влияния аэрации и кавитации на упор, не превысит 24 МВт». Ледопроходимость ледокола при этой мощности оценена ЦНИИК величиной 1,9 м.

Такая оценка полностью дискредитирует идею создания двухосадочного ледокола. Вместе с тем, в подтверждение своих выводов по величине эффективно перерабатываемой мощности ЦНИИК не представил ни соответствующих расчетов, ни результатов экспериментальных данных. Поэтому, после рассмотрения на совещании в Росморречфлоте (протокол № ВР-27 от 25.07.2005 г.) итогов выполнения ЦКБ «Айсберг» и ЦНИИК проектных проработок было принято решение приступить в 2006 г. к разработке эскизного проекта «универсального линейного атомного ледокола с задачами обеспечения круглогодичной навигации в Западном районе Арктики и ледокольной проводки судов на мелководных участках Енисея (Дудинское направление) и Обской губе», то есть двухосадочного ледокола.

Разработка эскизного проекта универсального арктического ледокола под шифром 22220 была завершена в 2007 г. В рамках проекта рассмотрены два альтернативных варианта формы обводов корпуса ледокола по теоретическим чертежам, разработанным ЦНИИК и ЦНИИМФом. Модели обоих вариантов ледокола испытывались в кавитационном, гидродинамическом, ледовом и мореходном бассейнах ЦНИИК.

Выполненные в кавитационном бассейне экспериментальные исследования позволили убедиться в реальной возможности переработки при малой осадке ледокола в 8,5 м, мощности до 50 МВт, то есть подтвердили оценку, сделанную ранее ЦНИИМФом.

Но по результатам испытаний в ледовом бассейне ЦНИИК для модели, изготовленной по теоретическому чертежу ЦНИИМФа, ледопроходимость на переднем ходу была определена в 2,7 м, что ниже требуемых ТЗ 2,8-2,9 м. Понимая, что полученная ледопроходимость явно занижена (поскольку предыдущие испытания в бассейнах ААНИИ и фирмы «Вяртсиля Морская Техника» гарантировали ледопроходимость не менее 2,8-2,9 м для ледокола мощностью 60 МВт с усовершенствованными ЦНИИМФом обводами носовой оконечности), институт настоял на проведении контрольных испытаний сравниваемых вариантов ледокола в независимом ледовом бассейне Aker Arctic в Хельсинки. Контрольные испытания подтвердили возможность достижения ледопроходимости 2,9 м с усовершенствованной ЦНИИМФом формой обводов корпуса при мощности 60 МВт (рис. 8.). Как показали испытания в мореходном бассейне ЦНИИК, форма обводов корпуса, предложенная ЦНИИМФом, наряду с требуемой ледопроходимостью обеспечивает значительно лучшие мореходные качества ледокола в части минимизации слеминга.



Рис. 8. Сравнение результатов испытаний моделей ледокола
в бассейнах ЦНИИ им. А.Н. Крылова и Aker Finnyards



Тем не менее, при последующей разработке технического проекта 22220 (2008-2009 гг.) ЦКБ «Айсберг», имея уже оптимальное решение по форме корпуса, предпочло использовать теоретический чертеж, разработанный ЦНИИК, оригинальность которого заключалась в применении зауженной кормовой оконечности, обеспечивающей, по мнению разработчиков, снижение до 30% взаимодействия винтов с битым льдом на переднем ходу. По утверждению авторов, битый лед при узкой кормовой оконечности будет успевать всплывать до того, как поравняется с гребными винтами. Но эта оценка была сделана только по результатам визуальных наблюдений. Вместе с тем, трудно считать оправданной Озабоченность проектанта взаимодействием винтов со льдом, уже раздробленным корпусом ледокола на переднем ходу, вряд ли оправдана, когда бóльшие неприятности следует ожидать от этого взаимодействия на заднем ходу. При узкой корме на малой осадке бортовые гребные винты не защищены сверху обводами корпуса (рис. 9), что значительно повышает вероятность повреждения и поломки лопастей при движении задним ходом и маневрировании ледокола в тяжелых льдах, включая навалы кормой на кромку ледяного поля.

Рис. 9. Винты ледокола по техническому проекту 22220 не прикрыты действующей ватерлинией при рабочей осадке 8,5 м



Невозможно согласиться и с другими серьезнейшими недостатками, присущими ледоколу с узкой кормой. В частности:

1.     Не выполнено требование ТЗ по ледопроходимости на заднем ходу, которая «должна быть не менее чем на переднем ходу». По данным испытаний в ледовом бассейне ЦНИИК, ледопроходимость ледокола с зауженной кормовой оконечностью на заднем ходу составляет всего 2,5 м вместо требуемых 2,8-2,9 м.

2.     При плохом заднем ходе ледокол будет иметь худшую маневренность во льдах, включая разворот на 180° способом «звездочка».

3.     Как показали исследования в кавитационном бассейне ЦНИИК, неприкрытые сверху гребные винты при малой осадке ледокола в большей степени подвержены кавитации и аэрации, что снижает уровень эффективно перерабатываемой винтами мощности и не обеспечивает стабильности их работы при реверсах из-за пульсации гидродинамических характеристик, а также будет приводить к расшатыванию, повреждению и износу дейдвудных подшипников.

На рис. 10. представлены результаты сравнительных испытаний в ледовом бассейне ЦНИИК модели ледокола по техническому проекту 22220 на переднем и заднем ходу. Как можно видеть, ледопроходимость ледокола на заднем ходу составила всего около 2,5 м по сравнению с ледопроходимостью на переднем ходу, равной 2,9 м. Это соответствует потере мощности не менее 25-30 %.


Рис. 10. Зависимость скорости от толщины ровного сплошного льда на переднем и заднем ходу по представленным ЦНИИК данным испытаний модели 11348-М ледокола по техническому проекту 22220


Вместе с тем, мощность ледоколов на заднем ходу используется более эффективно за счет размывающего и отсасывающего действия гребных винтов. Благодаря этому все существующие линейные ледоколы имеют бóльшую ледопроходимость на заднем ходу, чем на переднем, о чем свидетельствуют данные таблицы 2. Это свойство позволяет судоводителям значительно эффективнее осуществлять проводки судов, особенно в тяжелых льдах. Поэтому нельзя допустить, чтобы новый перспективный атомоход имел такой серьезный эксплуатационный недостаток. И это следует рассматривать как шаг назад в области проектирования ледоколов.



Таблица 2. Ледопроходимость арктических ледоколов на переднем и заднем ходу по результатам натурных испытаний
Ледокол
Период и место проведения испытаний
Ледовые условия
Мощность на валах, кВт
Тяга винтов, т
Скорость, уз
передний ход
задний ход
Арктика
Май 1975, Ен.залив
Ровный лед, припай
hл = 190 см, hсн = 30-35 см
50 000
50 000
480
340
3,5
-
-
4,3
Ермак
Июль 1974, Карское море
Ровный лед, hл = 195 см, разрушенность 2 балла
26 000
22 000
310
220
1,3
-
-
2,3
Мурманск
Декабрь 1974, Ен.залив
Ровный лед, припай
hл = 120 см, hсн = 15-20 см
13 600
13 600
200
143
2,0
-
-
4,0
Капитан Сорокин
Апрель 1978, Ен.залив
Ровный лед, припай
hл = 130 см, hсн = 25 см
16 200
181
2,0

Ровный лед, припай
hл = 150 см, hсн = 25 см
16 200
129

2,0
Таймыр
Май 1990, Ен.залив
Ровный лед, припай
hл = 195 см, hсн = 20-30 см
32 500
295
2,0

Ровный лед, припай
hл = 205 см, hсн = 20-30 см
32 500
209

2,0












































Учитывая замечания ЦНИИМФа, при рассмотрении технического проекта 22220 на Экспертном Совете при Совете Федерального Агентства морского и речного транспорта (Росморречфлота) 16.12.2009 г., помимо одобрения проекта было принято частное решение о проведении контрольных испытаний в независимом ледовом бассейне модели ледокола с принятой в техническом проекте 22220 формой корпуса в сравнении с моделью, имеющей обводы, рекомендованные ЦНИИМФом, как лишенные указанных недостатков.

Такие испытания были выполнены в 2010 г. в Гамбургском опытовом ледовом бассейне HSVA, и их результаты представлены на рассмотрение в Росморречфлот.

Как показали контрольные испытания в опытовом ледовом бассейне HSVA с более тщательным изучением взаимодействия гребных винтов со льдом с помощью инструментальных замеров, зауженная корма не имеет преимуществ перед полной кормой традиционного типа. На переднем ходу взаимодействие винтов со льдом практически не зависит от формы кормовой оконечности, и оба альтернативных варианта обводов корпуса ледокола отвечают требованию ТЗ по ледопроходимости на переднем ходу, которая должна быть не менее 2,8 м. Это можно видеть из сравнения графиков на рис. 11, 12, представленных HSVA.


Рис. 11. Ледовая ходкость ледокола в обводах модели 4760, разработанной ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова (контрольные испытания в HSVA)


Рис. 12. Ледовая ходкость ледокола в обводах модели 4759a, разработанной ЦНИИМФом (контрольные испытания в HSVA)


Одновременно испытания подтвердили невыполнимость требования ТЗ к заднему ходу ледокола с зауженной кормой. Его ледовое сопротивление на заднем ходу оказалось в два раза выше, чем у ледокола с близкой к традиционной полной кормой по предложению ЦНИИМФа. Данные контрольных испытаний моделей в HSVA на заднем ходу представлены в табл. 3.


Таблица 3. Контрольные испытания в HSVA

Сопротивление на заднем ходу голого корпуса без руля, ледового зуба и винтов
Номер модели
Номер теста
Осадка ледокола, м
Толщина льда, м
Скорость, уз
Сопротивление, MH
4759
7050
10,5
2,1
2,0
13
4759
7055
10,5
2,1
2,0
14
4760
7060
10,5
2,1
2,0
26

Сопротивление на заднем ходу голого корпуса при работающих гребных винтах
Номер модели
Номер теста
Осадка ледокола, м
Толщина льда, м
Скорость, уз
Сопротивление, MH
4759
9030
10,5
2,1
2,0
4,7
4759
9040
10,5
2,1
4,0
8,1
4760
6041
10,5
2,1
2,5
10,8

Убедительным примером того, насколько важно линейному ледоколу иметь хорошие задний ход и маневренность во льдах, является проводка сложного каравана судов в тяжелую арктическую навигацию 1983 г. из Певека в Берингов пролив. Лидировал караван судов атомоход «Леонид Брежнев» (переименованный тогда а/л «Арктика»). Ниже приведены итоговые показатели работы ледокола-лидера во время вывода судов на восток.

Проводка судов из Певека в Берингов пролив (20.11-28.11.1983 г.) атомным ледоколом «Леонид Брежнев» (а/л «Арктика»):

Ø     Пройдено 770 миль за 8 суток и 5 часов;
Ø     Средняя скорость проводки – 3,9 узла;
Ø     Средняя мощность а/л «Леонид Брежнев» - 95,3 %;
Ø     Количество реверсов ГЭД а/л «Леонид Брежнев» за весь период проводки – 2405:
                        в среднем – 12 реверсов в час,
                        максимальное количество – 52 реверса в час;
Ø     Число застреваний и околок каравана – 87.

Как видно из приведенных данных, в течение рейса ледокол совершил 87 околок ледоколов и судов в караване. В тяжелых льдах наиболее эффективным и кратчайшим по времени является возвращение лидера к застрявшим судам задним ходом, поскольку ледокол имеет лучшую проходимость на заднем ходу. Разворот в тяжелых условиях даже при хорошем заднем ходе очень трудоемкий и занимает много времени. Поэтому ледокол, совершающий околку застрявшего судна, проходит вдоль одного его борта задним ходом, затем проходит вдоль другого борта передним ходом и возвращается в голову каравана.

Следует обратить внимание на то, что зимой в Арктике встречается необычно вязкий лед, через который невозможно пройти передним ходом. С такими условиями встретилась армада выводимых судов в Чукотском море. Даже участвовавший в проводке судов ледокол «Ермак», оснащенный пневмообмывом корпуса, в этом «ватном» льду оказался беспомощным. Спас положение тактический прием Ю.С. Кучиева. А/л «Леонид Брежнев» развернулся кормой вперед и проложил канал задним ходом (фото на рис. 13). Этот пример достаточно наглядно демонстрирует, насколько важно для ледоколов иметь хороший задний ход.

Рис. 13. В вязком льду атомоход вынужден прокладывать канал задним ходом (фото Л.Г. Цоя)

В преобладающем на пути движения последнего каравана сибирском паке сдвинувшегося к побережью Айонского массива (рис. 14) лидирующему а/л «Леонид Брежнев» приходилось прокладывать канал в основном ударами. Количество реверсов гребной установки достигало 52 реверсов в час. В среднем в течение всего 8-ми дневного перехода ледокол каждый час производил по 6 набегов. Продолжительность и эффективность разрушения льда ударами также зависит от способности ледокола легко отходить назад. В подобных случаях, характерных для работы в тяжелых (особенно многолетних и торосистых) льдах, плохой задний ход не может быть компенсирован хорошей ледопроходимостью только на переднем ходу.


Рис. 14. Такого оживления в Арктике медведи еще не видели (Фото Л.Г.Цоя)


Накопленный опыт работы флота в Арктике свидетельствует о том, что арктические ледоколы должны иметь в равной мере удовлетворительную ледопроходимость как на переднем, так и на заднем ходу. Эффективность и безопасность работы ледокола во многом зависит от его способности маневрировать во льдах и иметь задний ход, не уступающий переднему.

Насколько важно для ледокола иметь кормовые обводы корпуса, обеспечивающие минимальное ледовое сопротивление на заднем ходу, свидетельствует практика проводок судов в тяжелых торосистых льдах. При прокладке канала ударами сквозь торосистые барьеры и перемычки с многолетним льдом, последний настолько плотно забивается битым льдом от разрушаемых торосов и толстых включений, что в таком «тугом» канале проводимое судно не в состоянии продвигаться самостоятельно. Необходимо дополнительно «проутюжить» и выровнять канал, чтобы судно смогло двигаться в нем. Для этого ледокол возвращается к судну задним ходом и, чтобы обезопасить винты от интенсивного взаимодействия с обломками льда, заполнившими канал на глубину, соизмеримую с осадкой ледокола, опытные капитаны атомоходов (Ю.Б. Соколов, В.А. Голохвастов, А.А. Ламехов, Г.А Улитин) для отведения битого льда от винтов устанавливают на задний ход только бортовые винты, а средний винт позиционируют на малый передний ход, струей которого отталкиваются обломки льда. Понятно, что такая операция, когда на движение расходуется менее 2/3 мощности, не может успешно выполняться спроектированным ЦКБ «Айсберг» ледоколом с зауженной кормой, поскольку, как показали испытания в HSVA, ледовое сопротивление узкой кормы в два раза выше, чем у существующих ледоколов с традиционной полной кормой. Следовательно, новый атомоход с узкой кормой по своим маневренным качествам будет значительно уступать существующим ледоколам прежнего поколения. Можно ли согласиться с этим?

Полученные в Гамбургском бассейне результаты и сделанные специалистами HSVA по этим результатам выводы подтвердили неоптимальность принятой в техническом проекте 22220 формы обводов корпуса перспективного арктического ледокола. Контрольные испытания в HSVA, как и исследования, проведенные ранее ЦНИИМФом, показали необходимость применения на двухосадочном ледоколе более совершенной и эффективной формы обводов корпуса, предложенной институтом в эскизном проекте.

Зауженная в техническом проекте кормовая оконечность не позволяет обеспечить требование ТЗ к ледопроходимости ледокола на заднем ходу, которая должна быть не менее ледопроходимости на переднем ходу, равной 2,9 м. Плохой задний ход отрицательно отразится на маневренности ледокола. Кроме того, при узкой корме при минимальной рабочей осадке бортовые гребные винты оказываются не прикрытыми сверху корпусом судна, что согласно данным испытаний в кавитационном бассейне ЦНИИК будет приводить к кавитации бортовых винтов и прорывам к ним воздуха при выполнении реверсов. Последнее помимо снижения эффективно перерабатываемой винтами мощности будет способствовать разрушению дейдвудов. При открытых гребных винтах также значительно повышается вероятность их повреждения при маневрировании во льдах и навалах кормой на кромку ледяного поля. Исключить эти недостатки возможно только путем соответствующей корректировки теоретического чертежа, принятого в техническом проекте 22220. Такая корректировка, может быть выполнена в рамках рабочего проектирования.

Перспективный двухосадочный атомный ледокол должен быть построен с учетом всех современных прогрессивных научно-технических достижений в области судостроения, а также опыта, приобретенного в процессе эксплуатации существующих атомных ледоколов, позволяющего правильно сформулировать требования к основным параметрам и ледовым качествам арктических ледоколов нового поколения.
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомный флот
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомный флот:
Энергетические блоки атомного подводного флота

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 3.6
Ответов: 10


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 7 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 25/10/2012
Всё хорошо, всё неправильно.

Перевозка 7тыс.тонн водяного балласта - верх беспомощности технической мысли.

Постановка реакторного моноблока ни чем не оправдана. Если американцы для своих лодок выбирают моноблок из концепции "одна загрузка на весь срок службы", то у ледокола всё равно придётся устраивать промежуточные перегрузки топлива, а тут моноблок как-бы проигрывает.



[ Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 25/10/2012
А ЗАЧЕМ ЭТИ ЛЕДОКОЛЫ ВООБЩЕ НУЖНЫ?

СИБИРЬ  ВСЕ РАВНО СДАДУТ АМЕРИКАНАМ И ЕВРОПЕ!
И ВСЕ ЧТО К НЕЙ ПРИМЫКАЕТ ВМЕСТЕ С ШЕЛЬФАМИ И СЕВМОРПУТЕМ!
ЭТО ЖЕ ТОЛЬКО ВОПРОС ВРЕМЕНИ - РАЗДЕЛ ТЕРРИТОРИЙ РОССИИ В Т.Ч. И СИБИРИ. НЕСТРАТЕГИЧЕСКАЯ ЗАТЕЯ И ПРОТИВОРЕЧИТ ЛИНИИ ПРОВОДИМОЙ ЛИБЕРАЛЬНЫМ ПРАВИТЕЛЬСТВОМ РОССИИ.
А ЛИНИЯ ПРОСТА - СОКРАЩЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ И ПРОДАЖА ТЕРРИТОРИЙ.

К СОЖАЛЕНИЮ.


[ Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 26/10/2012
Вы, как "умная Эльза" из сказки Гофмана, сидите в подвале, то бишь в комментариях, и причитаете  по поводу сокращения численности населения да либерального правительства. Не надоело? Может встанете к кульману да проведёте парочку линий? Архимед, умирая, заслонил свои чертежи от римского легионера.
Что Вы хотите, чтобы российский инженер перестал быть таковым?


[
Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 25/10/2012
Замечательно сказано: "Зависимость толщины <...> льда <...> от мощности..."!!!
У нас один студент-вечерник никак не мог постоить зависимость времени от тока!
Но то студент.


[ Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 26/10/2012
Вообще-то в статье написано " Зависимость толщины ровного сплошного льда, преодолеваемого ледоколом «Арктика», от мощности при скорости 2 уз"


[
Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 26/10/2012
Драка серъёзная  идёт за корректировку корпуса в корме ледокола.


[
Ответить на это ]


Re: Атомный ледокол нового поколения. Каким ему быть? (Всего: 0)
от Гость на 26/10/2012
Уважаемый, от мощности зависит способность преодолеть ледяной покров определенной толщины.
А толщина льда зависит совсем от других факторов.
Учитесь корректно выражать свои мысли, а не защищать откровенные ляпы.


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.35 секунды
Рейтинг@Mail.ru