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

[19/01/2021]     О критерии ледовой ходкости судов

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

Деление судов на классы позволяет судить лишь о безопасных с точки зрения ледовой прочности условиях плавания. В то же время, как показывает опыт проектирования и эксплуатации ледокольно-транспортных судов, помимо требований к ледовой прочности, ледовый класс должен характеризовать также эксплуатационные возможности судна, которые определяются для судов ледового плавания его ледовой ходкостью.



О том, что безопасность плавания во льдах зависит не только от ледовой прочности, но и от ледовой ходкости, свидетельствует накопленный опыт освоения Арктики и Антарктики. Можно привести следующие примеры, подтверждающие зависимость безопасности плавания судна от ледовой ходкости:

- судно с недостаточной ледопроходимостью может быть остановлено льдами и, если это дрейфующие льды, его может вынести на мель и подводные скалы;

- судно, застрявшее во льду из-за недостаточной мощности, может вмерзнуть в лед и оказаться в ледовом плену на весь зимний период, подвергаясь опасности быть раздавленным вследствие сжатий.

В обоих случаях потребуются спасательные операции по высвобождению судна, снятию людей. В качестве примеров в табл. 1 приводится описание вынужденных дрейфов судов, совершивших автономное плавание в Антарктику.

Из истории зимнего плавания в Арктике известны случаи вовлечения в дрейф даже мощных ледоколов. Так, атомоход «Ленин» в конце марта – начале апреля 1976 г. после «разведки корпусом» в районе Карских Ворот выходил из пролива в условиях встречного дрейфа льда в течение 40 часов, находясь практически на одном месте между широтами 70º12' и 70º22' (рис. 1).

Рис. 1. Дрейф а/л «Ленин» в проливе Карские Ворота, 1976 г.

В марте следующего 1977 г. ледокол «Мурманск» в том же районе попал в «ледяную реку», которая текла вдоль припая со скоростью 4–5 узлов. На оказание помощи «Мурманску» был вызван а/л «Арктика».

Сжатия в результате дрейфа льда часто являются причиной ледовых повреждений корпуса и винторулевой группы судов. Известны случаи гибели судов в условиях сжатий в Арктике (п/х «Челюскин» в 1934 г., п/х «Казахстан» в 1949 г., т/х «Витимлес» в 1965 г., т/х «Нина Сагайдак» в 1983 г.).

Табл. 1. Сведения о вынужденных дрейфах судов в антарктических льдах

Примечание:

«Обь» – 1973 г. получила серьезные повреждения корпуса вследствие ледовых сжатий;

«Михаил Сомов» – 1985 г. высвобожден ледоколом «Владивосток»;

«Михаил Сомов» – 1986 г. снова прибывал в вынужденном дрейфе;

«Михаил Сомов» – 1991  г. попал в ледовый плен на всю зиму с июня по декабрь;

«Степан Крашенинников» попал в ледовую реку, дрейфовал кормой вперед и повредил кормовую оконечность

Поэтому наряду с обеспечением ледовой прочности судно должно также обладать необходимой ледопроходимостью, позволяющей безопасно оперировать в соответствующих его классу ледовых условиях, как по району, так и по сезону плавания.

Изучение опыта эксплуатации судов в покрытых льдом водах показало, что минимально необходимую ледопроходимость для судов каждого класса целесообразно назначать исходя из следующего сценария: «Транспортное судно, оказавшись в необычно тяжелой ледовой обстановке, в частности, во льдах, которые по толщине превышают на одну ступень установленные для судна этого класса предельные значения, должно обладать достаточной мощностью (ледопроходимостью), чтобы иметь возможность под проводкой ледокола выйти из района с запредельными для его класса льдами».

С учетом изложенного могут быть сформулированы основные исходные предпосылки по оценке допустимого минимального уровня ледопроходимости транспортных судов в зависимости от ледового класса.

1. В сложных ледовых условиях осуществляется  проводка транспортных судов ледоколами. Оказавшись в условиях, соответствующих более высокому (на один разряд) классу, судно должно иметь достаточную ледопроходимость, чтобы устойчиво двигаться в канале за ледоколом в этих запредельных для судна данного класса льдах.

2. Рассматривается движение судна в заполненном мелкобитым и тертым льдом канале, проложенном ледоколом в сплоченных торосистых и наслоенных дрейфующих льдах.

3. Скорость движения судна в канале за ледоколом должна составлять не менее 4–5 узлов, чтобы при ледовых сжатиях силой 1–2 балла обеспечивался минимальный устойчивый ход со скоростью около 2 узлов. Подобный запас скорости требуется также для обеспечения управляемости судна.

4. В качестве расчетной толщины исходного ровного льда, в котором прокладывается канал и применительно к которому оценивается потребная ледопроходимость судна рассматриваемого ледового класса, принимается нормативная толщина льда, соответствующая более высокому на один разряд ледовому классу. В расчетах учитывается природная торосистость льда в соответствии с его возрастом, и скорости движения судна в канале определяются применительно к эквивалентной толщине льда с учетом торосистости.

5. Ходкость судна в ледовом канале зависит от относительной ширины канала. Особенно сильное влияние ширины канала сказывается, когда ширина судна значительно превышает ширину ледокола, прокладывающего канал, и движение сопровождается расширением и доламыванием кромок канала корпусом ведомого судна. В этих условиях могут потребоваться чрезмерно большие мощности крупнотоннажных судов. Поэтому применительно к большим (широким) судам предлагается исходить из рассмотрения их проводки двумя ледоколами, прокладывающими канал соответствующей судну ширины, или одним ледоколом с дополнительным расширением канала.

Результаты выполненных массовых расчетов потребной ледопроходимости судов ледовых классов с учетом изложенных предпосылок и основанное на этих расчетах предложение по рекомендуемому минимальному уровню ледопроходимости представлены в табл. 2.

Табл. 2. Предлагаемое деление судов по ледовой ходкости в зависимости от ледового класса

Таким образом, выполненное расчетное исследование позволяет установить минимально допустимые численные значения ледопроходимости для судов каждого класса, которые предлагается назначать из условия возможности вывода (высвобождения) судна ледоколом, если первое окажется в не соответствующей его классу более тяжелой на один разряд ледовой обстановке и не сможет двигаться самостоятельно. В этих запредельных (с учетом торосистости) для данного класса условиях судно должно иметь достаточную ледопроходимость, чтобы устойчиво двигаться в канале за ледоколом и, таким образом, избежать ледового плена.

На рис. 2 представлена структурная схема влияющих на ледопроходимость факторов.

Рис. 2. Основные факторы, от которых зависит ледопроходимость судна

Следует отметить, что помимо российской практики, требования к ледопроходимости судов в той или иной форме предъявляются также некоторыми зарубежными морскими администрациями. В частности, в Канадских правилах CASPPR-1972 номер ледового класса судна означает толщину льда в футах, которая принимается в качестве исходной для расчета потребной мощности судна данного класса. В Рекомендациях ХЕЛКОМ-2004 также сформулировано требование к ледопроходимости судов балтийских классов.

К настоящему времени подготовлены новые редакции требований к мощности Российского морского регистра судоходства (РМРС) и Правил плавания по Северному морскому пути (СМП), в которых в качестве основного базового режима при оценке достаточности мощности рассматривается ледопроходимость судов в зависимости от их ледовой категории. Насколько известно, с аналогичным подходом разрабатываются новые требования ABS к мощности судов ледового плавания.

Упомянутые требования к ледопроходимости транспортных судов указаны в табл. 3. Здесь же приведены предлагаемые российской стороной в качестве нормативных значения ледопроходимости для судов полярных классов ИМО.

Табл. 3. Требования классификационных обществ и морских администраций к ледовой ходкости судов

* Примечание: ледопроходимость при скорости 3 уз.

Ледопроходимость судна (соответственно, требуемая для этого мощность в процессе его проектирования) может быть оценена либо с помощью общепризнанного (хорошо зарекомендовавшего себя на практике) аналитического выражения, либо путем модельных испытаний в ледовом бассейне.

В качестве расчетной формулы для оценки ледопроходимости (hл) ледокольно-транспортных судов с традиционными ледокольными обводами носовой оконечности корпуса автором предложено основанное на анализе опыта постройки и испытаний отечественных ледокольных судов, а также специально выполненных серийных модельных испытаний, следующее регрессионное выражение:

Предлагаемая формула (1) успешно используется при решении задач по сравнению вариантов и выбору рациональных характеристик ледоколов и судов ледового плавания в процессе их технико-экономического обоснования. Она также применяется в практике конструкторских бюро для оценки достижимой ледопроходимости или потребной мощности судна по заданной ледопроходимости, и для оптимизации параметров формы обводов носовой оконечности, исходя из условия обеспечения наименьших затрат мощности.

При известных мощности на гребных валах и диаметре винтов их суммарная тяга может быть определена по формуле:

Как видно из формулы (1), ледопроходимость судна зависит также от состояния наружной обшивки в подводной части корпуса. Это означает, что для обеспечения спецификационного значения ледопроходимости в течение всего срока службы судна наружная обшивка его корпуса должна либо быть выполнена из коррозионностойких материалов, либо окрашена ледостойким покрытием. Ледостойкое покрытие необходимо периодически восстанавливать, и это должно быть предметом наблюдения Регистра при очередных техосмотрах и освидетельствованиях судна.

Принятие в качестве критерия ходкости судов во льдах соответствующих для каждого ледового класса значений ледопроходимости позволит с учетом накопленного опыта благополучной эксплуатации судов в Арктике достаточно надежно оценивать возможности каждого судна в части его самостоятельного плавания или потребности в ледокольной проводке в зависимости от ледопроходимости (ледового класса) судна, района и сезона эксплуатации, и типа ледовых условиях. На рис. 3 представлены полученные по результатам статистической обработки данных по многолетней эксплуатации флота на трассах Северного морского пути зависимости продолжительности автономного плавания судов от их ледопроходимости и района работы применительно к тяжелому типу ледовых условий. При недостаточной ледопроходимости для круглогодичной самостоятельной работы в заданном районе Арктики, то есть в более суровых по сравнению с допустимыми по ледопроходимости условиях, судну потребуется ледокольное обеспечение. Графически это демонстрируется на рис. 3 применительно к транзитным рейсам по Севморпути судна ледопроходимостью 2,4 м.

Рис. 3. Зависимость продолжительности автономного плавания ледокольно-транспортных судов от ледопроходимости

1 – в Восточном районе российской Арктики и при транзитном плавании по СМП;

2 – в Западном районе российской Арктики;

3 – в западной части Карского моря;

4 – в юго-восточной части Баренцева моря.

Таким образом, предлагаемое нормирование ледопроходимости транспортных судов арктического плавания позволяет с учетом данных на рис. 3 значительно упростить и одновременно улучшить процедуру как оценки возможности самостоятельного плавания в Арктическом бассейне, так и определения потребности в ледокольном сопровождении судна в зависимости от его ледовых качеств.

Поскольку ледопроходимость является комплексным показателем, суда ледового плавания должны иметь не только достаточную мощность энергетической установки и специально приспособленный для ледовых условий винто-рулевой комплекс, но и обводы корпуса, обеспечивающие снижение сопротивления льда движению судна. Это указывает на необходимость предъявления требований также к форме обводов корпуса судов ледового плавания.

При ознакомлении с требованиями РМРС к форме обводов корпуса транспортных судов ледового плавания представляется очевидным недостаточно обоснованный подход к назначению угла заострения КВЛ a0 в зависимости от ледовой категории судна (табл. 3.10.1.2.2 новых Правил). Чем ниже ледовый класс, тем в меньшей степени требуется приспосабливать судно к плаванию во льдах и в большей степени – к эксплуатации на чистой воде. Иными словами, суда высших ледовых категорий должны иметь форму корпуса, приближенную к ледокольной, а суда сезонного, эпизодического ледового плавания – более мореходные обводы. Это подтверждается данными по построенным судам классов Л2, Л1, УЛ и УЛА Правил 1995 г. У многочисленных лесовозов и универсальных сухогрузных судов с ледовыми усилениями категорий Л2 и Л1 угол заострения КВЛ выбран исходя из условия обеспечения ходкости на чистой воде, то есть согласно существующим рекомендациям в зависимости от числа Фруда. Соответственно, у этих судов угол a0 принят равным в среднем около 21°. У наиболее характерных из построенных судов классов УЛ и УЛА угол заострения КВЛ при практически тех же числах Фруда увеличен с целью повышения их ледопроходимости и в среднем составляет около 30°. Поэтому следует признать ошибочным назначение угла заострения КВЛ, допускающее уменьшение (вместо увеличения) этого угла при переходе от судов низших ледовых категорий к высшим. Значение угла a0 в новых Правилах для судов категорий Ice3 (Л2), Arc4 (Л1) и Arc5 (УЛ) необоснованно завышено, в то время как для судов категории Arc7 (УЛА) этот угол следует увеличить (см. табл. 4).

С учетом изложенного предлагается принимать значение угла a0 для судов класса Arc4 (Л1) равным около 25°, для судов класса Arc5 (УЛ) – около 30° и для судов классов Arc7 (УЛА) и Arc8 – около 35°-40°. При одновременном уменьшении угла наклона форштевня j до значений 40° для Arc4, 30° для Arc5 и 25° для Arc7 и Arc8 ледопроходимость судов классов Arc5 и Arc7 может быть повышена на 7–10%, а класса Arc4 – до 30% без заметного ущерба мореходным качествам. Либо при заданной ледопроходимости это обеспечит экономию мощности до 20–30% для высших категорий и значительно больше – для низших.

Табл. 4. Требования к форме обводов корпуса транспортных судов арктического плавания

 

Ледовый класс

Углы, град.

наклона форштевня, j

заострения КВЛ, a0

развала борта на миделе, bÄ

По Правилам РС 1995 г.

УЛА

25–30

30–40

0–8

УЛ

45

-

-

Л1

60

-

-

По Правилам РС 1999–2019 гг.

Arc9, Arc8

£ 25

£ 30

³ 15

Arc7, Arc6

£ 30

£ 30

-

Arc5

£ 45

£ 40

-

Arc4

£ 60

£ 40

-

По рекомендации автора

Arc8

около20

около 40

³ 8

Arc7

25–30

около 35

0–8

Arc5

30–35

около 30

0

Arc4

40–45

около 25

0

Российские суда для Арктики

УЛА

т/х «Норильск», 1982

т/х «Иван Папанин», 1990

30

25

30

30

8

8

УЛ

т/х «Дмитрий Донской», 1977

т/х «Вентспилс», 1983

35

30

33

22

0

0

Л1

т/х «Вытегралес», 1963

т/х «Влас Ничков», 1974

43

50

23

26

0

0

Рекомендуемые значения параметров формы обводов корпуса судов ледового плавания в большей степени отражают реальный опыт постройки судов арктических классов, нежели требования Правил РМРС, что свидетельствует о недостаточной обоснованности последних. Реализуемые на практике более оптимальные обводы корпуса транспортных судов обеспечивают лучшую эффективность их работы во льдах (повышение ледопроходимости) при одновременном обеспечении энергосбережения. Мало того, более обтекаемые обводы носовой оконечности способствуют также снижению ледовых нагрузок на корпус судна.

Вместе с тем изучение соответствия ледовых качеств построенных судов арктических классов требованиям Правил РМРС выявило невозможность с помощью существующих требований к мощности обеспечить необходимую ледопроходимость судна, представляющую собой обобщенный критерий ледовой ходкости судов. Кроме того, как показывает опыт постройки, следует откорректировать требования к форме обводов корпуса судов для Арктики, что позволит наряду с энергосбережением повысить эффективность и безопасность их работы во льдах.

Таким образом, с учетом изложенного предлагается выполнить следующую корректировку ныне действующих Правил классификации и постройки морских судов касательно требований к транспортным судам арктических классов:

1. Дополнить Правила РМРС требованием к ледопроходимости судов ледовых классов, основываясь на рассмотренных выше численных значениях основного критерия ледовой ходкости.

2. Исключить из Правил РМРС как не оправдывающие своего назначения требования к минимальной мощности на гребных валах судов ледовых классов Arc 4–Arc 9 [Л.Г. Цой «Об учете формы обводов корпуса при определении мощности судов ледового плавания». Ж. «Атомная стратегия XXI» № 168].

3. Откорректировать требования к форме обводов корпуса судов ледовых классов c учетом приведенных рекомендаций.

 

 

 
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 | 2 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: О критерии ледовой ходкости судов (Всего: 0)
от Гость на 19/01/2021
Настольная книга  для  главы ОСК Рахманова, который  как... в апельсинах


[ Ответить на это ]


Re: О критерии ледовой ходкости судов (Всего: 0)
от Гость на 19/01/2021
Из прогресса ледового плавания можно отметить, что танкер-газовоз " Кристоф де Маржери" проплыл по СевМорПути без ледокола необычайно поздно: в середине января. С момента минимума площади льдов в Арктике прошло 4 месяца, и ещё 4 месяца льды будут нарастать - затем начнут таять.
Получается, в восточном секторе Арктики такими танкерами в сопровождении имеющихся исправных 2 штук (формально 3) атомных ледоколов тяжёлого класса, можно плавать основную часть года. Правда, скорость невелика, имеет место перерасход топлива на километр пути по сравнению с маршрутом через Суэцкий канал, и риск повреждения корабля льдами. Тем не менее, ниша перевозки добытых в Арктике углеводородов возможна. Транспортная изолированность региона может быть преодолена при приемлемых издержках. 


[ 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: 0.08 секунды
Рейтинг@Mail.ru