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

[18/12/2020]     Об учете формы обводов корпуса при определении мощности судов ледового плавания

Л.Г. Цой, инженер-кораблестроитель, д.т.н., профессор, Санкт-Петербург

Создаваемые суда ледового плавания должны в зависимости от предполагаемых условий их эксплуатации отвечать определенным требованиям к их ледовой прочности и ледовой ходкости.



Согласно действующим Правилам классификации и постройки судов Российского морского регистра судоходства (РМРС) ледовая ходкость судов регламентируется в соответствии с физикой взаимодействия судна со льдом путем предъявления требований к форме обводов корпуса (угла наклона форштевня φ, угла заострения ГВЛ α0, угла наклона борта на 2-м теоретическом шпангоуте β2 и угла наклона борта на мидель-шпангоуте β10), а также к минимально допустимой мощности на гребных валах.

Выполненный анализ требований РМРС к форме обводов корпуса судов арктических классов в сравнении с реализованными обводами на построенных в XXI в. по новым Правилам (изд. 1999 г.) судах свидетельствует о том, что действующие Правила являются консервативными и требуют пересмотра. Не отвечают также современному подходу к выбору мощности главных механизмов судов арктического плавания перенятые еще полвека назад требования финско-шведских правил к судам балтийских классов.

Требования РМРС к параметрам формы корпуса судов ледовых классов и их минимальной мощности на гребных валах в оригинале приводятся ниже (табл. 3.10.1.2.2. и формула 2.1.1.3 с табл. 2.1.1.3).

Требования к форме корпуса

В табл. 1 представлены результаты расчетов минимальной мощности на гребных валах Pmin, требуемой правилами РМРС, применительно к построенным отечественным судам арктических классов, а также для сравнения к канадскому балкеру «Арктик» и голландскому тяжеловозу для Сабетты.

Табл. 1. Расчет минимальной мощности Pmin, регламентируемой правилами РМРС

Как следует из формулы РМРС (2.1.1.3) для определения минимально требуемой мощности на гребных валах судов арктических классов из элементов судна, от которых зависит сопротивление льда движению, она учитывает угол наклона форштевня φ, ширину корпуса B и водоизмещение судна Δ (D).

Угол наклона форштевня входит в множитель f2, который в любом случае не должен превышать значения 1,1. Это значение он принимает при бульбообразной форме носовой оконечности корпуса судна. Из результатов расчетов (табл. 1) можно видеть, что применительно к рассмотренным судам во всех случаях это требование выполнено. Вместе с тем на множитель f2 распространяется еще одно требование, согласно которому произведение (f1 x f2) во всех случаях должно приниматься не менее 0,85, где f1 характеризует тип пропульсивной установки. Все рассмотренные суда снабжены ВРШ (винт регулируемого шага) либо имеют электропривод, что соответствует значению f1, равному 0,9. Согласно выполненным расчетам во всех случаях, за исключением бульбообразного носа, произведение (ff2< 0,85, то есть применительно к построенным судам высших арктических классов формула регистра не учитывает при расчете требуемой мощности влияние фактических значений угла наклона форштевня. Иными словами, регламентируемая регистром мощность для судов ледового плавания с наклоном форштевня до 540 на практике вовсе не связана с формой обводов носовой оконечности судна, что вводит в заблуждение судостроителей, тщательно отрабатывающих обводы корпуса судна с целью энергосбережения и повышения ледопроходимости.

Множитель f3 в рассматриваемой формуле учитывает влияние на требуемую мощность ширины и водоизмещения судна. При этом результирующий f3 должен быть не менее чем 1,0. Применительно к рассматриваемым судам только в трех случаях f3 превышает единицу. Это суда, имеющие отношение B более 3,0, что характерно для судов с ограниченной осадкой.

Изложенное наглядно демонстрируется графиками на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Зависимость коэффициентов f2 и произведения (f1 x f2) от угла наклона форштевня φ судов с ВРШ, ВФШ и электроприводом

1 – д/э "Василий Динков"; 3 – д/э "Норильский никель"; 4 – т/х "Норильск"

Рис. 2. Зависимость коэффициента f3 от относительной ширины судна B/T

5 – т/к "Штурман Альбанов"; 6 – газовоз "Кристоф де Маржери"; 7 – голландский тяжеловоз для Сабетты

Как можно видеть из графика на рис. 1, для судов высших арктических классов, начиная с Arc6, независимо от пропульсивной установки, наклон форштевня до 350 никак не сказывается на определении потребной мощности судна на валах. А для судов всех арктических классов (начиная с Arc4 при φ≤540) с электропередачей мощности на винты, или с ВРШ, что характерно для построенных по новым правилам РМРС (изд. 1999 г.) судов для Арктики, влияние наклона форштевня благодаря требованию (ff2)  0,85 также не учитывается вовсе. Полученный вывод свидетельствует о непригодности формулы РМРС для определения потребной мощности для судов ледового плавания как лишенной практического и физического смысла, связанного с известным значительным влиянием угла наклона форштевня судна на ледовую ходкость, характеризуемую, в первую очередь, ледопроходимостью hЛ, то есть предельной толщиной ровного льда, преодолеваемого судном на полной мощности.

О фактическом влиянии угла наклона форштевня на ледопроходимость можно судить по построенным судам класса Arc6 типов «Василий Динков» и «Михаил Ульянов», имеющих соответственно мощность на валах 20 и 17 МВт, и судам класса Arc7 (УЛА) типов «Норильский никель» и «Норильск», имеющих мощность на валу 13,0 и 13,3 МВт. На рис. 3 показаны экспериментально определенная ледопроходимость этих судов и углы наклона форштевня их корпуса. На рис. 4 представлены результаты расчета минимально требуемой РМРС мощности на валах этих судов в зависимости от угла наклона форштевня φ. Здесь же стрелками показана фактическая мощность построенных судов.

Рис. 3. Зависимость ледопроходимости судов от угла наклона форштевня

1 – д/э "Василий  Динков"; 2 – д/э "Михаил Ульянов"; 3 – д/э "Норильский никель";

4 – т/х "Норильск"

Рис. 4. Зависимость минимально требуемой мощности от угла наклона форштевня

1 – д/э "Василий Динков"; 2 – д/э "Михаил Ульянов"; 3 – д/э "Норильский никель";

4 – т/х "Норильск"

Рассмотрение полученных зависимостей позволяет констатировать, что регистровская формула 2.1.1.3 для определения минимально требуемой мощности для судов ледовых классов при видимом по своей структуре учете наклона форштевня судна, который на практике существенно влияет на ледопроходимость последнего, вводит лишь в заблуждение проектантов, полагающих, что расчетное значение мощности по формуле РМРС действительно отражает ожидаемые ледовые качества судна в соответствии с выбранной формой обводов корпуса, характеризуемой наклоном форштевня. Как видно, приведенные выше расчеты и графики этого не подтверждают. Так, при сравнении однотипных челночных танкеров класса Arc6 «Василий Динков» и «Михаил Ульянов», отличающихся формой обводов корпуса и, соответственно, наклоном форштевня, который у «Василия Динкова» равен 190, а у «Михаила Ульянова» – 500, расчетная по правилам регистра мощность оказалась практически одинаковой (23,4 МВт и 24,0 МВт соответственно), в то время как ледопроходимость на переднем ходу у первого составила 1,7 м, а у второго 1,0 м. Для достижения ледопроходимости 1,7 м танкеру с обводами корпуса «Михаила Ульянова» потребовалась бы мощность примерно в 4 раза больше. В реализованных проектах рассмотренных танкеров в отличие от требуемой регистром мощность принята соответственно 20,0 и 17,0 МВт (рис. 4).

Аналогичным образом расчетная по регистру мощность однотипных контейнеровозов класса Arc7 «Норильск» и «Норильский никель» вовсе не отражает существенное их различие по ледовой ходкости. Так, судно «Норильск» при фактической мощности на валу, равной 13,3 МВт (расчетная по РМРС мощность 12,6 МВт), имея угол наклона форштевня φ=300, развивает ледопроходимость в 1,05 м. А судно «Норильский никель» практически при той же мощности, равной 13,0 МВт (расчетная по регистру мощность 12,5 МВт), с улучшенными обводами носовой оконечности с углом φ = 260, развивает ледопроходимость 1,5 м (рис. 3, 4).

Таким образом, формула РМРС 2.1.1.3, регламентирующая мощность судов арктического плавания, на практике не учитывает влияние угла наклона форштевня на ледовую ходкость и тем самым не стимулирует совершенствование обводов корпуса судов ледового плавания и, соответственно, наряду с безопасностью плавания и охраной окружающей среды по ограничению выбросов CO2 повышение их экономической эффективности.

Подобно мнимому влиянию на требуемую мощность угла наклона форштевня φ формула 2.1.1.3 также условно отражает влияние ширины судна B на потребную мощность и, соответственно, на ледовую ходкость. Как можно видеть из рис. 2, при увеличении отношения ширины судна к осадке до B = 3,0 множитель f3 остается постоянным и равным f3 = 1,0 при любой ширине судна, так как не может быть меньше 1,0, когда отношение B ≤ 3,0. При этом следует отметить, что подавляющее большинство существующих судов из условия обеспечения удовлетворительных мореходных качеств имеют отношение B, находящееся в пределах 2–3, то есть практически всегда менее трех. Бо́льшие, чем 3,0 значения Bимеют мелкосидящие суда с ограниченной осадкой, и это позволяет сделать вывод, что в части нормирования мощности судов арктического плавания регистром предъявляются требования только к судам с нетрадиционными соотношениями размерений и, как было уже показано ранее, совсем не учитывается форма обводов корпуса. Иными словами, формула РМРС для определения минимально требуемой мощности на гребных валах судов арктических классов никак не учитывает индивидуальные особенности ледовой ходкости судов, связанные с их формой обводов корпуса. Следует отказаться от применения формулы 2.1.1.3 как не учитывающей при определении мощности арктических судов индивидуальных особенностей их формы обводов корпуса, от которой в первую очередь зависит ледовое сопротивление движению судна во льдах и, соответственно, необходимая для его преодоления мощность.

Следует также обратить внимание на требование регистра к мощности судов с бульбообразной носовой оконечностью, которая допускается для судов класса Arc4. В качестве примера в табл. 1 приведены данные по т/х «Георгий Ушаков» класса Arc4 с носовым бульбом. В формуле регистра влияние бульба учитывается только коэффициентом f2, который в этом случае принимается равным 1,1. Расчеты показывают, что допустимая мощность для т/х «Георгий Ушаков» с бульбом должна быть не менее 3,6 МВт. Фактически установленная на судне мощность даже несколько выше и равна 3,8 МВт. Согласно оценки ледопроходимости судна с бульбом последняя составляет 26 см. Если бы судно имело традиционный наклонный форштевень с углом φ = 450, то его ледопроходимость при той же мощности 3,8 МВт составила бы около 50 см, то есть практически в 2 раза больше, чем с бульбом. Расчет по формуле регистра показывает, что при наклоне форштевня φ = 450 т/х «Георгию Ушакову» потребовалась бы мощность 3,1 МВт. Однако требуемое регистром увеличение мощности судна с бульбом на 16% не обеспечивает компенсации потери ледопроходимости при применении бульба. Для такой компенсации, как показывает анализ, мощность судна с бульбом должна быть увеличена в разы. Этот пример также показывает несовершенство формулы РМРС 2.1.1.3 в части требований к ледовой ходкости судов с бульбом.

Как следует из изложенного, ныне действующие требования РМРС к ледовой ходкости судов фактически не учитывают влияние формы обводов корпуса на потребную мощность судна. Также имеющийся опыт постройки судов арктических классов убедительно указывает на необходимость корректировки требований к их форме обводов корпуса, что позволит наряду с обеспечением безопасности значительно повысить эффективность ледового плавания за счет энергосбережения при оптимальных обводах носовой оконечности.

В качестве основного (обобщенного) критерия ледовой ходкости целесообразно принять численное значение ледопроходимости cудна в зависимости от ледового класса и, соответственно, от периода (сезона) и района допустимой эксплуатации в условиях Арктики.

Предложение по совершенствованию требований к ледовой ходкости судов арктического плавания рассмотрено в монографии автора «Изучение ледовых качеств и обоснование рациональных параметров судов ледового плавания» (изд. 2017 г.).




 

 
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: 5
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 3 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Об учете формы обводов корпуса при определении мощности судов ледового плавания (Всего: 0)
от Гость на 20/12/2020
В мировом масштабе, движение кораблей через Северный Ледовитый Океан продолжает оставаться мало востребованной экзотикой. Соответственно, проекты мало окупаемые.

США не заинтересованы что-либо там возить. Единственный потенциальный масштабный поток грузов - между Евросоюзом и Японией, Южной Кореей. От Европы (в районе Англии) до Японии (Кореи) вокруг Африки порядка 26.000 километров без ограничений по габаритам и осадке корабля. Через Суэцкий канал с его ограничениями - около 20.000 километров, в ограничения укладывается подавляющая часть кораблей.

Из этой же точки возле Англии, в ту же точку около Японии и Южной Кореи, через Северный Полюс - около 13.000 километров. В полтора раза меньше. Экономия топлива может наполовину идти в бюджет России, наполовину в доход перевозчика.

Однако эта экономия, или её денежный эквивалент на покупку свежего ядерного топлива, частично или полностью съедается ледоколом лидирующим караван кораблей. Кроме того, даже при быстрой скорости ледокола во льдах - чего нынешние атомные ледоколы не обеспечивают в связи с чем и задуман сверхмощный "Лидер" - время прохождения транспортных кораблей в Арктике порядка одной недели. Все контейнеры успеют замёрзнуть. Даже если там бытовая электроника или промышленные комплектующие запчасти а не еда и т.п, ни один страховщик  не возьмётся страховать перевозимые контейнеры по не грабительской цене. Либо в ТТХ компьютеров и мобильных телефонов нужно вводить строчку о живучести при заморозке-разморозке и сохранении гарантийных обязательств при этом, что пока-что только для военной электроники тестируется почему она и дорогостоящая.

Одним словом, даже при исключении застревания караванов кораблей во льдах, экономия от меньшего на 7.000 километров (13.000 вместо 20.000 через Суэцкий канал) не факт что перевешивает риски.

С большой вероятностью, Китай и прочие страны будут заказывать небольшие масштабы грузоперевозок по СМП только ради сопутствующего скрытного картографирования глубин Северного Ледовитого Океана, с целью боевых действий атомными подводными лодками, у которых в масштабах глобуса неограниченная дальность плавания.

Придёт время, и арктические страны объявят Арктику, Северный Ледовитый Океан, своим внутренним морем закрытым для доступа военных кораблей третьих стран. Берингов пролив будут совместно патрулировать ВМФ США и России чтоб через него китайские АПЛ не проходили для пуска баллистических ракет по России и по США с тыла.

Экономическая же привлекательность Арктики пока что весьма сомнительна: экзотика на любителя. Освоение Арктики это процесс ради процесса а не прибыльное дело пока-что, во многих сферах деятельности. Для России он важен не потому что труд там сверхэффективен - как бы не наоборот - а потому, что продукт труда востребован как экспортный товар для добывания свободно конвертируемой валюты. У России таких товаров мало, вот и пиарят Арктику. Хотя реально - атомных ледоколов исправных сейчас меньше, чем было в советское время.

Вся надежда на глобальное потепление климата, на полное летнее таяние арктических льдов.


[ Ответить на это ]


Re: Об учете формы обводов корпуса при определении мощности судов ледового плавания (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2020
Дополнение.
В случае перевозки грузов по морю между Англией и Шанхаем выигрыш расстояния по СМП ещё меньше, чем между Германией и Японией: порядка 4.000 километров по сравнению с маршрутом через Суэцкий канал. При этом перевозчик в случае 100 лет отлаженного маршрута по Суэцкому каналу платит часть экономии по сравнению с путём вокруг Африки. В случае СМП добавляется, помимо оплаты России за ледоколы, ещё и риск повреждения корабля льдами плюс риск повреждения груза низкими температурами.

Таким образом, за СМП остаются ниши: военно-стратегическая /измерение мелких глубин, нахождение маршрутов для АПЛ/ и ниша вывоза энергоносителей добытых в российской Арктике. Это масштабы грузоперевозки на два порядка меньшие, чем движение грузов между США, Евросоюзом и Дальним Востоком. 

Собственно, площадь Северного Ледовитого Океана 14,8 миллиона квадратных километров невелика, в 24 раза меньше всего мирового океана на планете. Соответственно, пока-что нет большой выгоды особо туда соваться всей экономикой, за исключением отдельно взятых задач таких как местное рыболовство и добыча относительно небольших по мировым меркам объёмов нефти, газа и подземных ископаемых.



[
Ответить на это ]


Re: Об учете формы обводов корпуса при определении мощности судов ледового плавания (Всего: 0)
от Гость на 18/12/2020
Спасибо  за  замечательный  материал.  Автору  бы в Правительстве РФ  работать, ей Богу!


[ 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: 0.09 секунды
Рейтинг@Mail.ru