Корпусные конструкции транспортных судов ледового плавания

Все транспортные суда, которым приходится плавать в ледовых условиях в морях и в реках, в целях безопасности должны иметь своеобразные формы корпуса и специальные его подкрепления, позволяющие преодолевать льды самостоятельно или с помощью ледоколов (рис. 1). Эти подкрепления тем мощнее, чем в более сложных ледовых условиях суда используются. В зависимости от объема ледовых подкреплений судам ледового плавания присваиваются разные ледовые классы. При разработке требований к таким судам в Правила классификационных обществ вносятся конкретные положения в соответствии с рекомендациями МАКО и ИМО в зависимости от классов полярных судов (Polar Class — PC).

Анализ опыта эксплуатации судов в Арктике и замерзающих морях средних широт свидетельствует, что для увеличения надежности движения во льдах транспортных судов ледового плавания и уменьшения потребности в ледоколах для их сопровождения целесообразно иметь дополнительный класс судов, обладающих большей прочностью, чем УЛА, и обоснованных ЦНИИМФ, — УЛА Супер.

В 20-е годы прошлого века при наличии в России ледокола «Ермак», построенного адм. С. О. Макаровым, для работы во льдах часто использовались обыкновенные сухогрузные суда, борта которых подкреплялись бревнами. Такие подкрепления были ненадежными, уменьшали объемы грузовых помещений, однако судам со слабым корпусом они помогали преодолевать ледовые препятствия. В благоприятных ледовых условиях суда совершали плавания до устьев северных рек и доставляли туда грузы, а возвращались с пушниной, хотя не всегда такие плавания во льдах заканчивались благополучно.

Первая хлебная экспедиция в устье Оби для погрузки хлеба с речных судов, состоявшая из 19 до предела изношенных морских транспортных судов без всяких подкреплений, проложила транспортный путь вдоль будущей трассы СМП даже без ледоколов. Зерно на всех 19 судах 4 октября 1920 г. было благополучно доставлено в Архангельск. С этого момента советские транспортные суда ежегодно участвовали в период навигации в арктических рейсах.

Рекомендуется к прочтению: Напряжения в корпусе судна при его общем продольном изгибе

В 1921 г. состоялся второй массовый поход транспортов в Сибирь. В состав экспедиции для проводки судов впервые был включен мощный ледокол «Александр Невский» (в последнее время — «Владимир Ильич»). На пяти сравнительно новых судах, закупленных в Англии, были установлены ледовые подкрепления (дубовые айсбимсы в форпике). Всего во второй хлебной экспедиции участвовало уже более 40 судов. Ледовая обстановка в тот год оказалась значительно тяжелее, чем в предыдущем году. На обратном пути ледовая обстановка еще более усложнилась. 14 сентября пароход «Енисей» после удара о льдину со всем грузом зерна (около 2 тыс. т) затонул. Это было первое транспортное судно, погибшее во льдах Арктики. Через три дня пароход «Обь» получил опасную пробоину и спустя несколько дней после перегрузки с него зерна затонул. При ледовом сжатии затонуло и третье судно каравана — несамоходный лихтеровоз «Илья», буксировавшийся другим судном. 25 сентября караван прибыл в Архангельск, а два судна с грузом направились по реке Печора.

На Дальнем Востоке арктические рейсы начали совершать одиночные суда. Первым был пароход «Ставрополь», который 30 августа 1923 г. прибыл в Нижне-Калымск и, не встретив ледовых препятствий, 22 октября возвратился во Владивосток. В 1927 г. пароход «Ставрополь» совершил уже пятый рейс на Колыму, а пароход «Колыма» — первый рейс на Лену.

В 1935 г., т. е. через два года после прохода «Сибирякова» с запада на восток за одну навигацию, начались регулярные широкомасштабные арктические походы. На суда были командированы квалифицированные исследователи-кораблестроители. В навигации 1935 г. участвовало более 100 судов.

Впервые в истории два транспорта прошли с грузом за одну навигацию с запада на восток и два — с востока на запад.

Важно отметить, что все суда были отечественной постройки и имели в корпусе некоторые ледовые подкрепления. Это позволило активизировать плавание судов во льдах и снизить их аварийность. Однако опыт эксплуатации показал необходимость дополнительных исследований в области прочности корпусов судов ледового плавания.

В конце войны северные караваны судов ледового плавания пополнились целиком сварными судами типа «Либерти» американской постройки. Отсутствие на этих судах ледовых подкреплений компенсировалось плотностью сварных соединений.

Создание сварных судов с ледовыми подкреплениями явилось следующим шагом в совершенствовании транспортных судов ледового плавания. В благоприятные по ледовым условиям навигации такие суда в некоторые периоды, ближе к осени или осенью, в Арктике могут на ряде участков продвигаться без помощи ледоколов, однако желание продлить навигационный период заставляет в восточном секторе Арктики начинать навигацию возможно раньше, а заканчивать позже. В западном же секторе Арктики навигация продолжается круглогодично; здесь наиболее сложные условия плавания складываются зимой и ранней весной.

Летнюю навигацию 1988 г. в восточном секторе Арктики предполагалось открыть в начале июня. Впервые атомоход «Арктика» должен был провести караваны с востока на запад. Однако он задержался из-за сложной ледовой обстановки, а два ледокола типа «Ермак», работая в паре, не смогли преодолеть мощные перемычки в условиях сильного сжатия льдов северным ветром. Наконец, 14 июня атомный ледокол пробился к каравану, но, приступив к проводке, при форсировании сложной перемычки попал в зону сильного сжатия и заклинился с креном на борт. Через 20 ч атомный гигант с помощью двух ледоколов типа «Ермак» был освобожден из плена. В результате три ледокола во главе с атомным остановились в ожидании улучшения ледовых условий, не имея возможности помочь проводке каравана. Изменение ветра в направлении на север от берега позволило в конце июня возобновить движение.

Читайте также: Корпус судна и предъявляемые к нему требования

Таким образом, ничто не могло помочь начать навигацию в восточном секторе Арктики почти до июля. Следовательно, о круглогодичной навигации в этом районе пока говорить не приходится. Лишь появление более мощных ледоколов может изменить сроки навигации в восточном секторе Арктики (рис. 2).

При проводке через льды самых современных транспортов ледового плавания типа СА-15 (типа «Норильск») обнаружилось, что при их большой мощности прочность корпуса оказывается недостаточной. Так, во время ранней проводки в 1987 г. атомным ледоколом «Сибирь» теплоход типа СА-15 «Кола» был сильно поврежден. Раньше такие же повреждения получило однотипное судно «Мончегорск». Очевидно, что полную мощность при движении во льдах на судах типа СА-15 использовать нельзя.

В последнее время для проводки судов типа СА-15 применяют метод толкания, что требует значительного увеличения прочности носовой оконечности (рис. 3).

Ежегодно, уже начиная с мая, пытаются пробиться с востока в базовый порт Певек и с запада в Тикси и Певек мощные ледоколы, сопровождающие по два судна типа «Норильск». В 1986 г. первые суда типа СА-15 в сопровождении ледоколов типа «Ермак» пробились в Певек с востока только в середине июня. Им помог атомный ледокол «Сибирь», проводивший одно судно типа СА-15 в Певек с запада. В конце мая 1986 г. в Певек прошли с востока суда типа СА-15 с помощью дизельных ледоколов. Атомный же ледокол «Россия», сопровождая с запада судно типа СА-15, не смог пробиться на помощь восточному каравану. 6 июня 1987 г. в Певек с востока пришел первый караван под проводкой ледоколов типа «Ермак». Теплоход же «Кола» в сопровождении двух атомных ледоколов, следовавших с запада, в середине июня был еще в 240 милях от Певека.

Установлено, что после проведения модернизации наиболее прочных транспортных судов типа СА-15 и танкеров типа «Самотлор» с учетом расчетных нагрузок, вызывавших повреждения, количество новых повреждений значительно уменьшилось. Использование этих судов с мощными ледовыми подкреплениями, несмотря на их высокую стоимость, позволило заметно снизить затраты по доставке грузов во льдах, уменьшить аварийность и, следовательно, объем ремонта, повысить сохранность и скорость доставки грузов. Это стало особенно заметно после вывода из эксплуатации в Арктике судов с изношенным корпусом и со слабыми ледовыми подкреплениями.

Например, за 5 лет (с 1982 по 1987 г.) после замены старых судов на более мощные с усиленным корпусом транспортные расходы Норильского металлургического комбината уменьшились вдвое. Объем же перевозок при этом значительно увеличился без использования дополнительного тоннажа.

В зарубежных Правилах, в проекте Полярного руководства ИМО, а также в унифицированных требованиях МАКО судам также присваиваются ледовые классы. В отличие от категории судна («категория ледовых усилений») его класс характеризует подкрепления корпуса, механизмов и т. п.

Важнейшей задачей судостроения является всемерное повышение эффективности использования транспортных судов ледового плавания в целях круглогодичной стабильной работы во льдах по СМП. С этой целью необходимо обеспечить достаточную прочность конструкций судов данного типа.

Мощность используемых в настоящее время атомных ледоколов типа «Сибирь» и «Россия» недостаточна прежде всего для проводки судов в Восточной Арктике, где наблюдаются наиболее сложные ледовые условия, а значит и круглогодичного плавания. Требуется также пополнение флота сухогрузных судов и танкеров с двойными бортами за счет модернизированных судов типов СА-15 и «Самотлор», хорошо зарекомендовавших себя во время эксплуатации в самые тяжелые по ледовитости годы (см. рис. “Судно ледового плавания СА-15 с горизонтальной и вертикальной грузообработкой”Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкций, “Танкер-продуктовоз типа “Самотлор” ледового плавания с двойными бортами и днищем”Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов).

Для повышения безопасности и надежности проводки транспортных судов требуются более мощные атомные ледоколы, усовершенствованные дизель-электрические ледоколы и вспомогательные мощные ледоколы с малой осадкой для работы на мелководье.

Вопрос о целесообразности создания мощных крупнотоннажных судов — так называемых транспортов-ледоколов — для самостоятельного круглогодичного плавания в Арктике изучается ЦНИИМФ по заданию Администрации СМП. Подобные суда должны обладать такими, как у ледоколов, маневренными качествами и иметь АЭУ, однако их нельзя будет использовать для доставки грузов в заграничные порты. Ледоколам же с дизель-электрическими установками на переход по СМП требуется столько горючего, что они превращаются в танкеры для перевозки горючего, необходимого только для своих нужд.

Предлагается к прочтению: Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкций

Опыт использования наиболее прочных и мощных транспортных сухогрузных судов и танкеров в тяжелых условиях Арктики, в восточной ее части, показал, что даже при совместной работе с атомными ледоколами типа «Россия» их корпусные конструкции следует дополнительно подкрепить по сравнению с тем, что требовали Правила Регистра 1990 г. Эти дополнительные подкрепления проектировали, исходя из внешних нагрузок, определенных в зависимости от величины остаточных деформаций, полученных при повреждениях. Необходимо иметь в виду, что в будущем, с появлением более мощных атомных линейных ледоколов и соответственно мощных транспортных судов, могут потребоваться еще более значительные ледовые подкрепления их корпусов.

В связи с этим предстоит разработать новые положения по конструированию корпусов ледоколов и транспортных судов и расширить диапазон классификации ледоколов и транспортных судов ледового плавания в Правилах Регистра.

В марте 1999 г. на правительственном уровне было принято решение о создании атомного ледокола-лидера мощностью на валах около 110 МВт с ледопроходимостью не менее 3,5 м (см. рис. 2).

В Правилах 1999 г. это требование частично учтено, однако его надо иметь в виду и при проектировании первоначального подкрепления корпусов будущего лидера-ледокола, двухосадочного универсального ледокола и судов, проводимых им во льдах. Для этого придется широко использовать расчетные методы, согласовав их с Регистром. Имеет смысл также разработать предварительные требования к конструкции, используя данные эксплуатации, уже накопленные раньше.

В Правилах 1999 г. имелось только приблизительное описание допустимых условий эксплуатации судов, соответствующих разным категориям ледовых усилений.

Совершенствование Правил с целью расширения объема информации производится за счет:

• введения единой классификации транспортных судов ледового плавания и ледоколов;
• использования физически обоснованных методов определения прочности ледовых подкреплений;
• установления допустимых условий плавания во льдах в различных районах и в разные сроки.

Считается, что для обеспечения круглогодичных перевозок по СМП кроме судов двух сезонных классов Л1 и УЛ (по новой классификации Правил 1999 г. — ЛУ4 и ЛУ5) в будущем потребуются еще два класса:

• УЛА (ЛУ7);
• УЛА Супер (ЛУ8);

способных работать во льдах совместно с двухосадочными ледоколами типа ЛК-60Я и ледоколом-лидером типа ЛК-110Я.

Кроме упомянутых выше обычных транспортных сухогрузных судов и танкеров в арктических водах могут использоваться и специализированные суда — Самый большой контейнеровозконтейнеровозы, навалочники, лихтеровозы и т. д.

Попытки использования лихтеровозов с мощными ледовыми подкреплениями в Восточной Арктике были неудачными из-за трудностей, возникающих при доставке лихтеров со слабым корпусом на берег по мелководью в битых льдах. В перспективе большие лихтеровозы предполагается использовать совместно с фидерными, меньших размера и осадки, способными заходить в реки. Они должны принимать на борт лихтеры с линейных лихтеровозов во льдах на значительном расстоянии от берега (см. статью “Лихтеровозы (баржевозы)”Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов).

В Арктике продолжает работать атомный лихтеровоз «Севморпуть», сейчас он перевозит, как правило, грузы в контейнерах (см. рис. “Атомный лихтеровоз типа ледокол “Сувморпуть”Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов). Определенную положительную роль в доставке грузов в контейнерах через льды играют вертолетоносцы типа «Витус Беринг» и «И. Папанин». С этих судов грузы массой до 30 т доставляют вертолетами на необорудованный берег через льды (рис. 4).

Весьма перспективными судами ледового плавания показали себя универсальные контейнеровозы смешанного плавания река—море. Они приходят в Арктику с первыми караванами под проводкой ледоколов (имея малую осадку, могут заходить в устья северных рек), а с последними караванами судов глубокой осенью покидают ее.

К таким судам относятся суда типа «Виталий Дьяконов», которые, как было доказано нами, могут при незначительной реконструкции считаться морскими. Однако для Восточной Арктики и Дальнего Востока такие суда должны иметь отношение L/B ≤ 5. Это позволит лучше маневрировать во ладах и уменьшать стоимость постройки.

Важную роль в доставке грузов в арктические районы играют многочисленные суда смешанного плавания река—море и речные суда различного назначения с ледовыми подкреплениями. Они работают в условиях продленных навигаций в реках и вблизи Арктического побережья по мелководью в благоприятное для навигации время года (рис. 5).

Для обеспечения проводки судов, застревающих во льдах в прибрежных районах, используются вспомогательные ледоколы с малой осадкой и ледоколы-буксиры, значение которых возрастает по мере увеличения транспортного и ледокольного флотов. Для работы на шельфе Арктики в районе буровых установок используются еще и многоцелевые суда-снабженцы, и технические суда с ледовыми подкреплениями, обеспечивающие ремонт установок и подводных трубопроводов.

Суда-снабженцы доставляют:

• снабжение и топливо для ледоколов и бортовых вертолетов;
• пресную воду для питья и котлов;
• вывозят с судов и буровых установок льяльные воды и продукты жизнедеятельности их экипажей.

С помощью вспомогательных судов производится смена экипажей и доставка свежих продуктов. Такие суда появляются в эксплуатации, однако во многих случаях эти задачи решают вспомогательные ледоколы с малой осадкой.

Транспортные суда усиленных ледовых классов, способные, подобно судам типа СА-15, самостоятельно совершать плавания в тяжелых льдах, должны иметь на борту вертолеты для тактической ледовой разведки. Их размещение на верхней палубе следует предусматривать при разработке конструктивного типа судна. Эксплуатация первых судов типа «Витус Беринг» показала необходимость модернизации надстроек из-за трудностей посадки вертолетов.

Особая чувствительность арктических районов и северных замерзающих морей к загрязнению требует особого внимания к вопросам экологии. Установлено, что несоблюдение правил разумной экологии в арктических районах наносит животному миру и растительности значительно больший вред, чем пренебрежение этими правилами в южных районах.

В связи с увеличением добычи полезных ископаемых на шельфе арктических морей создаются суда новых типов, способные выполнять технические и транспортные функции в своеобразных ледовых условиях, например суда для доставки буровых установок на шельф северных морей и их обслуживания (см. статью “Суда с горизонтальной грузообработкой (накатные суда, ро-ро, ролкеры)”Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов).

Много лет основную работу в Арктике выполняли транспортные дизель-электроходы усиленного ледового класса типа «Енисей». Их заменили близкие по размерам и мощности дизель-электроходы отечественной постройки типа «Амгуэма». Кроме них в составе флота ледового плавания имелись суда типа «Михаил Стрекаловский», сухогрузные суда усиленного ледового класса типа «Дмитрий Донской» и, наконец, суда (около 20 ед.) с горизонтальной и вертикальной грузообработкой типа СА-15, способные без сопровождения ледоколов преодолевать сплошные поля льда толщиной до 1 м. Эти суда доставляют грузы из Северной Америки (зерно) и Японии (трубы) и даже совершают рейсы в Европу через арктические воды. Успешно работают танкеры усиленного ледового класса с двойным дном и двойными бортами типа «Самотлор», а также танкеры с малой осадкой (Т = 4,5 м) типа «Вентспилс».

Будет интересно: Восприятие корпусными конструкциями внешних нагрузок, действующих на судно

Однако долго не решался вопрос увеличения прочности днищевых конструкций в носовой оконечности. Не учитывалось, что при плавании порожние суда балластируются так, чтобы гребной винт был погружен возможно глубже во избежание повреждений. Уменьшение осадки носом усиливало воздействие льдин на неподкрепленную носовую оконечность. Теперь днище в носовой оконечности подкрепляется, но в современных условиях при проводке караванов мощными ледоколами степень подкрепления корпусов судов ледового плавания оказывается все же недостаточной.

Техническое обслуживание флота транспортных судов ледового плавания, прежде всего за счет танкеров типа «Самотлор» и сухогрузных типа СА-15, не снизило объем аварийных повреждений. Суда работают в более тяжелых условиях, чем предусмотрено их ледовым классом. Это объясняется не повышенной степенью риска действий капитанов судов, а объективной экономической необходимостью, вызываемой возможностями мощных ледоколов типа «Арктика» и «Ермак». Поскольку прочностные характеристики корпусов транспортных судов ледового плавания не соответствуют условиям, в которых приходится работать этим судам вместе с мощными ледоколами (даже подкрепленные суда СА-15 Супер имеют недостаточную прочность конструкций при мощности 21 тыс. л. с.), при проектировании их корпусов возникает ряд сложных задач.

Корпусные конструкции транспортных судов ледового плавания должны обеспечивать достаточную прочность и безаварийную работу в следующих случаях:

• при полном использовании мощности главных механизмов во время самостоятельного движения во льдах;
• в условиях действия максимальных нагрузок на корпус судна при сжатии во льдах, в том числе и на мелководье, когда льдины уходят под корпус и судно прижимает их к грунту;
• при толкании судна вперед упирающимся в корму самым мощным из ледоколов;
• при проводке судна ледоколом, когда оно упирается в корму ледокола;
• при ударах льдин, всплывающих за кормой ледокола; при ударах об отдельно плавающие льдины во время движения судна в разреженных льдах.

Естественно, что удары о льдины, сидящие на мели (стамухи), будут создавать аварийную ситуацию для транспортного судна, однако повреждения от случайного столкновения с такими льдинами не должны вызывать его затопления. Для этого необходимо на всех судах устраивать двойное дно и двойные борта по всей длине, от форпика до ахтерпика.

Отсутствие двойных бортов было причиной гибели судов «Обь», «Енисей», «Илья» (1921 г.), «Рабочий» (1930 г.), «Челюскин» (1934 г.), «Казахстан» (1948 г.), «Моссовет» (1949 г.), «Севан» (1956 г.), «Витимлес» (1965 г.), «Нина Сагайдак» (1983 г.) и др. Кроме того, при получении ледовых повреждений при отсутствии двойных бортов на многих судах трюмы с грузами заполнялись водой.

Буксировку вплотную и толканием (тандем) транспортных судов ледоколами используют как наиболее эффективные, а иногда и как единственно возможные способы проводки. Происходящие при этом повреждения оконечностей можно объяснить недостатками проектирования вследствие нехватки данных о внешних нагрузках, действующих во время проведения упомянутых операций.

Проблема безаварийного плавания судов во льдах требует к себе пристального внимания и должна решаться с учетом данных контроля внешних ледовых нагрузок как при самостоятельном движении, так и при проводке ледоколами. Для этого суда следует оборудовать приборами, которые сигнализировали бы на мостик о том, что напряжения в конструкциях приближаются к предельной величине, заложенной в расчеты прочности при проектировании корпусных конструкций. Только при наличии таких приборов можно при плавании во льдах в условиях повышенного риска избежать больших повреждений. На кафедре конструкции судов ДВПИ удалось создать прибор для контроля внешних нагрузок и провести его предварительные испытания в море.

Рассмотрим пример влияния условий эксплуатации на конструктивные решения. Поскольку суда типа СА-15, работающие в западном секторе Арктики, находятся в арктических морях до 80 % эксплуатационного и 73 % ходового времени, предусматривалось полное использование мощности главных механизмов при плавании во льдах. Однако эти суда получают значительные повреждения при развитии полной мощности. Поэтому необходимо, определив по остаточным прогибам внешние нагрузки, действующие на суда, подкрепить их недостаточно прочные корпусные конструкции, чтобы они, развивая полную мощность механизмов, не получали повреждений. Так и было сделано при ремонте в 1988 г. судна «Анадырь» (типа СА-15).

Возникает вопрос, нужна ли такая мощность судам типа СА-15, эксплуатируемым в восточном секторе Арктики, или необходимо ограничить ее использование в соответствии с фактической прочностью этих судов. Все суда типа СА-15 Дальневосточного пароходства четыре месяца летней арктической навигации плавали во льдах Восточной Арктики. Зимой надобность в них в данном секторе уменьшалась, и они эксплуатировались на трансокеанских линиях на чистой воде без опасений за прочность. При арктических плаваниях часто мощность полностью не используют из-за боязни получить большие повреждения, как, например, на судах «Мончегорск» и «Кола» Мурманского пароходства в 1987 г. Суда типа СА-15, плавающие в восточном секторе Арктики, получают значительно меньшие повреждения, что можно объяснить только большой осторожностью капитанов. Вполне возможно, что мощности не используют даже в допустимых для фактической прочности корпуса пределах из-за отсутствия приборов, фиксирующих начальный момент появления повреждений.

Таким образом, при работе судов ледового плавания во льдах зимой большая мощность механизмов позволяет обеспечить скорость движения, но прочность многих конструкций корпуса этих судов оказывается недостаточной. Развивать большую скорость целесообразно, если суда большую часть времени плавают на чистой воде и повышение скорости для них рационально. При работе же во льдах нужно использовать лишь часть мощности механизмов, при которой повреждения появиться не могут.

Рекомендуется к прочтению: Методы выбора размеров и формы корпусных конструкций

Для уменьшения опасных последствий только наличие приборов, контролирующих прочность конструкций, может позволить сохранять скорость проводок в допустимых пределах. При необходимости же увеличить скорость проводки в чрезвычайных условиях можно по приборам контроля прочности, фиксирующим фактические нагрузки, заранее оценить возможные повреждения. Для этого необходимо одновременно с составлением ледового паспорта определить с помощью расчетов объем повреждений корпусных конструкций при разной степени повышения расчетных нагрузок и установить стоимость ремонта этих повреждений. Имея такие данные, капитан может согласовать с руководством смету допустимых расходов на ликвидацию вероятных будущих повреждений при очень трудных проводках.

В любом случае необходимо иметь в виду, что мощность ледокольного флота, а следовательно, и отдельных судов должна соответствовать самому напряженному календарному периоду работы. Для восточного сектора Арктики — это четыре летних и осенних месяца. За это время каждое транспортное судно должно перевезти максимальное количество груза. Значительную часть времени суда ледового плавания в Восточной Арктике могут работать без риска получить повреждения, используя максимальную мощность своих механизмов на чистой воде.

Известно, что в навигации пароходств имеются пиковые периоды, когда требуется за короткое время доставить максимальное количество грузов.

Например, в Приморском пароходстве пиковым периодом является арктическая навигация, когда за четыре месяца необходимо завезти 650 тыс. т жидких грузов. Технические возможности флота должны отвечать этому напряженному периоду работы.

Благодаря мелкосидящим танкерам типа «Вентспилс» (Т— 4,5 м) с ледовыми усилениями можно использовать новую технологию доставки жидких грузов в районы Крайнего Севера, которая заключается в доставке грузов крупнотоннажными танкерами в базовый порт или до кромки льдов, где жидкие грузы передаются на танкеры типа «Самотлор», имеющие ледовые подкрепления. Эти танкеры доставляют грузы до устьев рек и перегружают их на мелкосидящие танкеры типа «Вентспилс», которые способны заходить в Колыму и Лену, Обь и Енисей, или на речные танкеры с малой осадкой. Таким образом, для описанной технологии доставки жидких грузов требуются танкеры нескольких конструктивных типов, которые должны проектироваться в комплексе.

Появление более мощных судов ледового плавания и атомных ледоколов мощностью 75 тыс. л. с. заставило в 50—70-е годы трижды пересмотреть требования Регистра к конструкциям судов ледового плавания в сторону их ужесточения. Последнее требование обязательной установки двойных бортов на всех судах ледового плавания вызвано необходимостью уменьшения вероятности самых серьезных аварий, сопровождающихся подмочкой груза и грозящих затоплением судна.

Установлено, что до 90 % всех повреждений конструкций транспортных судов происходит при проводке их ледоколами, осуществляемой обычно в тяжелых ледовых условиях, а не при самостоятельном плавании. В процессе плавания в караване больше половины повреждений транспортные суда получают при навалах на кромки ледовых каналов, пробиваемых ледоколами, или при ударах о всплывающие за ледоколами льдины. Конструкции корпусов судов ледового плавания должны быть рассчитаны на такие неизбежные в эксплуатации повреждения. Последние будут означать несоответствие прочности корпуса судна скорости его движения за ледоколом.

При проводке транспортных судов в самых тяжелых ледовых условиях они носом упираются в корму ледокола и в таком положении закрепляются на коротком буксире с помощью буксирных тросов или якорных цепей (проводка на усах). Это делается во избежание выскакивания форштевня буксируемого транспорта из кормовой впадины ледокола. Однако такое соединение очень ненадежно, о чем свидетельствуют 66 случаев его разрывов, имевших место на ледоколе «Адмирал Макаров» в течение очень тяжелой ледовой навигации 1983 г. в восточном секторе Арктики. При разрывах соединений оконечностей повреждаются обшивка и форштевни ведомых судов. Судостроители пока уделяют мало внимания совершенствованию оконечностей корпусов судов для надежной буксировки, в том числе на усах, и не разрабатывают механических устройств для соединения кормы ледоколов с носовой оконечностью ведомого судна, аналогичных применяемым на речных судах.

Благодаря инициативе капитанов-ледокольщиков в последние годы все чаще применяют способ проталкивания судов ледового плавания впереди ледоколов (тандем). При этом винты узких транспортов омывают корпус широких ледоколов, уменьшая сопротивление движению, а узкие транспорты во льдах продвигаются легче, чем за широкими ледоколами. Кроме того, при толкании упор винтов ледоколов используется полностью для движения вперед, в то время как при движении ледокола впереди ведомого судна поток от трех винтов омывает корпус транспорта и создает дополнительное сопротивление. Однако для использования метода проталкивания корпус проталкиваемых транспортов должен быть значительно подкреплен.

На кафедре конструкции судов ДВПИ для судов Мурманского пароходства разработаны подкрепления, увеличивающие прочность судов типа СА-15. Они используются в Дальневосточном пароходстве. Последние данные, полученные на судах «Мончегорск» и «Кола» (Мурманского пароходства), свидетельствуют о том, что прочность судов типа СА-15 необходимо еще дополнительно увеличивать, особенно в связи с планируемым строительством более мощных ледоколов.

Ледоколы

Россия осуществляет большой объем перевозок в ледовых условиях. Для этого было построено много мощных ледоколов (рис. 6), однако мощности самых современных ледоколов, в том числе атомных, ледоколов порой не хватает для обеспечения круглогодичного движения судов во льдах Восточной Арктики.

Например, 14 июня 1988 г. атомный ледокол «Арктика» при проводке каравана транспортных судов при форсировании сложной ледовой перемычки с торосами попал в зону сжатия и заклинился, получив значительный крен на борт.

Двум ледоколам «Ермак» и «Адмирал Макаров» (рис. 7 и рис. Конструкция надстроек и рубок“Переходные кницы от стенок рубки к боковым и центральным комингсам”) потребовалось 20 часов непрерывной работы, чтобы освободить «Арктику» из ледового плена. После этого для проводки двух судов типа СА-15 потребовалось участие всех трех ледоколов. Проталкивая «Братск» и «Ан. Колесниченко», упираясь в их корму, с большими трудностями ледоколам удалось миновать зону сжатия.

Со времени появления в 1899 г. первого в мире полярного ледокола «Ермак» мощностью в 10 тыс. л. с., за сто лет накоплен громадный опыт эксплуатации разных отечественных ледоколов, которые, как считал С. О. Макаров, помогут претворить «в жизнь мечту о сквозном кратчайшем пути в Тихий океан».

В связи с развитием промышленности северных регионов России изменялись транспортные потребности и увеличилась продолжительность навигации в ледовых условиях. Это сначала привело к модернизации паровых клепаных корпусов ледоколов, а затем к их замене новыми мощными дизель-электрическими ледоколами типа «Амгуэма», а впоследствии еще более мощными дизель-электрическими и атомными ледоколами. Начавшееся после войны обновление арктического флота способствовало созданию к 90-м годам морской арктической транспортной системы, имеющей в своем составе атомные ледоколы типа «Арктика» («50 лет Победы»), мелкосидящие атомные ледоколы типа «Таймыр» и линейные дизель-электрические ледоколы типа «Ермак».

Однако сегодня большая часть их выработала свой ресурс, приближается срок их списания. В то же время в перспективе предполагается восстановление грузопотоков вдоль СМП и увеличение их в результате появления крупномасштабных перевозок углеводородного сырья, разведанного на Севере и готового к добыче его в громадных масштабах в ближайшем будущем. Это должно сопровождаться появлением новых конструктивных типов транспортных судов с большей ледопроходимостью, а также новых атомных ледоколов.

Современное состояние флота ледоколов, которые являются федеральной собственностью и находятся в управлении судоходных предприятий:

• в Мурманске — Мурманского морского пароходства (ММП);
• во Владивостоке — Дальневосточного морского пароходства (ДВМП).

Наблюдается значительное уменьшение «северного завоза» на трассах СМП и по замерзающим морям средних широт. Действительно, в 1987 г. завоз по трассам СМП составлял 6 500 тыс. т, а в 1999 г. снизился до 1 500 тыс. т.

Ледоколы работают не только в наиболее сложных условиях Арктики, но и для проводки транспортных судов в:

• замерзающие порты Балтики — Санкт-Петербург и Выборг;
• Белого моря — Архангельск и Кандалакша;
• Дальнего Востока — Ванино, Магадан, Охотск, Эгвикинот, Провидения, Беринговский, Корсаков, Анадырь, Де-Кастри, Владивосток;
• а также в районы сахалинского шельфа.

В будущем ледокольному флоту придется решать новые задачи. Появится необходимость в проводке во льдах крупнотоннажных танкеров и газовозов, а также контейнеровозов.

При проектировании перспективных типов арктических ледоколов прежде всего надо учитывать необходимость превращения СМП в надежную транспортную магистраль для круглогодичного использования ее многочисленными транспортными судами, идущими из Арктики в Тихий океан и обратно. Кроме этого, появляются новые условия для работы вспомогательных ледоколов с малой осадкой, способных во время продленных навигаций обеспечивать надежную проводку судов река—море по прибрежным полыньям и в устья сибирских рек.

В связи с этим в ближайшие годы планируется ввести в состав ледокольного флота России ледоколы новых конструктивных типов:

• атомный ледокол-лидер (ЛК-110Я), способный обеспечить круглогодичное функционирование СМП как транспортной международной магистрали при мощности на валах около 110 МВт и преодолевать льды мощностью 3,4—3,5 м;
• универсальный атомный двухосадочный ледокол (ЛК-60Я), призванный заменить атомные ледоколы с малой осадкой типа «Таймыр», который сможет выполнять проводку караванов транспортных судов в сложных ледовых условиях в мелководных районах вблизи берегов в устьях Оби и Енисея. Его мощность в 60 МВт позволит преодолевать льды толщиной 2,8 м, минимальная рабочая осадка в 8,5 м;
• линейный дизель-электрический ледокол (ЛК-25), призванный заменить ледоколы «Ермак», «Москва», «Капитан Сорокин». Ледоколы этого типа должны выполнять функцию вспомогательных ледоколов в составе сложных караванов, проводимых более мощными ледоколами типа ЛК-110Я и ЛК-60Я вдоль СМИ, и сопровождать суда к устьям глубоководных рек. Мощность этого типа ледоколов должна быть около 25 МВт, ледопроходимость — 2 м и осадка — 8,5 м;
• вспомогательные дизель-электрические ледоколы (ЛК-7) должны заменить ледоколы типов «Василий Прончищев» и «Мудьюг». Многочисленные ледоколы первого типа отечественной постройки много лет эксплуатировались в наиболее тяжелых условиях как вспомогательные и портовые в Арктике и сыграли положительную роль, однако в будущем должны быть модернизированы, особенно предназначенные для работы на Дальнем Востоке.

Опыт использовании ледоколов типа «Мудьюг» в условиях Дальнего Востока показал, что они обладают рядом существенных недостатков. Во время работы ледокола «Магадан» при буксировке лихтеров в Арктике и обслуживании буровых установок на шельфе острова Сахалин они проявились особенно ярко. Все это подтверждает необходимость создания вспомогательных ледоколов нового ледокольного класса, отсутствующего в современной классификации. Этот предполагаемый класс ледоколов должен в течение всего года использоваться во льдах западного сектора Арктики, прежде всего на шельфе Баренцева и Карского морей, и в устьях рек Оби и Енисея. Надобность в таких ледоколах зимой появляется в Приморье, на Балтике и в Белом море. Часть ледоколов такого класса может освобождаться от работы в арктических водах и доиспользоваться в более южных замерзающих морях Северной Атлантики и Тихого океана.

Длительные морские переходы и жестокие шторма заставляют при проектировании предъявлять особенно жесткие требования к прочности и мореходности ледоколов этого класса.

Эти ледоколы в Восточной Арктике и в районах Берингова и Охотского морей, а также в Татарском проливе смогут оказывать помощь судам-снабженцам во льдах, а также более мощным ледоколам при проводке ими караванов транспортных судов, особенно в тяжелых льдах вблизи мелководных районов Арктики и портов.

Осадка этих ледоколов должна быть не более 5 м, что позволит им входить в такие реки, как Колыма, Анадырь, Индигирка, Лена, Обь и Енисей, для сопровождения судов смешанного плавания. Ледоколы должны обеспечивать вывод этого типа судов в периоды образования льдов осенью в устья рек, когда сами реки еще не замерзли и плавание по ним возможно.

В последние годы имело место использование ледокола «Магадан» на шельфе Сахалина при обслуживании водолазного бота, что было вызвано особенностями ледового режима из-за своеобразной динамики ледового покрова. В результате за зиму через буровую платформу проходит более 400 км ледового покрова и платформа, ледоколы и вспомогательные суда подвергаются интенсивному износу. Особую опасность представляет воздействие крупных ледовых образований при ветровом волнении.

Читайте также: Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов

Сложные ледовые условия на шельфе Сахалина и вообще в Охотском море сказываются на доставке потребителям углеводородного сырья и на рыбном промысле. Промысловые суда иногда попадают в сложные условия, требующие экстренной помощи ледоколов, и не только вспомогательных. Это происходит и в Беринговом море.

Учитывая географические условия Дальнего Востока и транспортные возможности, южные районы Приморского края будут еще долго оставаться наиболее развитыми в промышленном отношении. Здесь будут находиться основные порты, судоремонтные заводы и жить большая часть населения региона, располагаться системы управления многочисленными предприятиями Севера, здесь же заканчивается несколько железнодорожных магистралей. Все это определяет базирование ледокольного флота в южных портах Приморья и в будущем. Все это приходится учитывать при проектировании ледоколов всех классов.

Хорошо известен случай гибели в Беринговом море со всей командой малого ледокола «Малыгин» перед войной.

Из-за малых размеров вспомогательных ледоколов обеспечение их мореходности и безопасности представляет сложную задачу. Этот класс ледоколов для использования на Дальнем Востоке и в Атлантике должен обладать по сравнению с вспомогательными ледоколами для Балтики и Черного моря некоторыми особенностями.

Вспомогательные ледоколы могут оказывать значительную помощь караванам транспортных судов во время их проводки линейными ледоколами. Обладая хорошей маневренностью во льдах, они помогают транспортам сохранять свое место в караване и при застревании во льдах окалывают их. Это способствует увеличению скорости движения всего каравана.

Особую роль вспомогательные ледоколы играют при проводке через поля льда судов смешанного плавания и речных судов, совершающих рейсы в Арктике между отдельными реками, впадающими в Северный ледовитый океан. Известна практика использования вспомогательных ледоколов по проводке малых транспортных судов с грузом, принятым с линейных транспортов, к устью рек и в сами реки для доставки в глубинные районы Сибири и Дальнего Востока.

Как уже отмечалось, вспомогательные ледоколы успешно могут использоваться в весенний и осенний периоды времени для продления навигации и речных судов смешанного плавания в реках.

Мощность вспомогательных ледоколов должна быть много больше, чем ледоколов «Василий Прончищев», и близка к мощности ледокола «Мудьюг» («Магадан»).

Потребность во вспомогательных ледоколах на Дальнем Востоке уже в ближайшие годы увеличится в связи с транспортировкой большого количества нефти с шельфа Сахалина и из Де-Кастри через Татарский пролив, доступный в зимнее время. Недостаточная мощность вспомогательных ледоколов типа «Василий Прончищев» привела к использованию более мощных ледоколов типа «Ермак» для поддержания паромной переправы с материка на Сахалин. Будущие вспомогательные ледоколы малой осадки позволят продлить навигацию в реке Амур и Амурском лимане. Даже строительство нефтепроводов на южную оконечность Сахалина и в Де-Кастри не избавит от необходимости использования вспомогательных ледоколов. Потребуются они и для обеспечения в Татарском проливе круглогодичной работы платформ на шельфе Берингового и Охотского морей.

Все работы по проводке судов во льдах Охотского моря в Магадан и по оказанию помощи там судам промыслового флота упрощаются при использовании вспомогательных ледоколов. Особенно значительна их роль при околке транспортных судов во время их швартовки в порту Нагаево—Магадан, а также при работе в условиях мелководного, богатого рыбой, западного побережья Камчатки.

Существенную помощь охранным органам в работе на рыбном промысле иностранных судов в Охотском и Беринговом морях могут оказать вспомогательные ледоколы, занимающиеся проводкой транспортных судов.

В 1965 г. имела место неудачная попытка продления навигации в Оха—Москальво с участием большой группы разнотипных судов под проводкой нескольких ледоколов. Мощность последних оказалась недостаточной для предотвращения зимовки транспортных судов. Суда оказались в трудных условиях, перемещающиеся поля льда представляли опасность для их корпусов. Зимовка закончилась благополучно, и при выводе изо льда судов, оказавшихся на прибрежном мелководье, стало возможным с помощью двух вспомогательных ледоколов с малой осадкой (Т-6 м) типа «Василий Прончищев» предотвратить выжимание транспортов движущимися льдами на мель. Движение льдов с севера на юг к весне в Охотском море ускоряется, и дрейф замерзших транспортных судов становится опасным, особенно на мелководье, угрожая посадкой на грунт и потерей судов. Такие случаи имели место раньше в разных местах побережья.

В будущем с появлением сверхмощного ледокола-лидера роль вспомогательных ледоколов при плавании в высоких широтах возрастет в связи с увеличением скоростей движения караванов транспортных судов в наиболее тяжелых льдах, покрытых снегом и мощными торосами. Задачей их в этом случае будет оказание помощи транспортам для сохранения своего места в караване и при необходимости околка отдельных застревающих во льдах судов. В связи с этим очевидна необходимость дополнительного подкрепления днищевых носовых перекрытий вспомогательных ледоколов.

Использование вспомогательного ледокола «Магадан» для буксировки лихтеров в мелководные районы от большого лихтеровоза «Алексей Косыгин» в Восточной Арктике показало, что для этих целей нужны специальные фидерные лихтеровозы. Они должны иметь особую конструкцию и малую осадку, обладать достаточной мощностью. Отсутствие таких фидерных лихтеровозов в составе флота послужило причиной неудач с использованием баржевоза «Алексей Косыгин». Поэтому атомный лихтеровоз «Севморпуть» с мощными ледовыми подкреплениями использовался на СМП в качестве контейнеровоза. Сама же идея доставки лихтеров в отдельные районы Севера с помощью специальных лихтеровозов требует проведения дополнительных исследований.

При отсутствии в данном районе СМП крупных линейных лихтеровозов фидерные лихтеровозы-ледоколы можно использовать как обычные вспомогательные портовые для проводки во льдах по мелководью и береговым полыньям судов смешанного плавания и речных судов.

В Восточной Арктике вдоль берегов летом образуются большие полыньи, плавание в них судов со слабыми корпусами невозможно из-за наличия ледовых перемычек. Для их преодоления требуются мелкосидящие ледоколы. Ледоколы же типов «Василий Прончищев» и «Мудьюг» имеют слишком большую осадку (6—7 м). Поэтому в настоящее время проводка судов смешанного плавания производится неэффективно, ледоколами с большой осадкой вдали от берега, где полыньи отсутствуют. Речным же судам удается осуществлять доставку грузов между отдельными реками, когда прибрежные районы почти полностью очищаются от льда, что бывает не каждое лето, ледовые перемычки, часто появляющиеся на их пути, становятся для них непреодолимыми препятствиями.

В начале июня в тяжелых льдах под проводкой линейных ледоколов еще недавно в большом количестве из Тихого океана через Берингов пролив двигались суда разных ледовых качеств к рекам Колыма, Певек и Тикси. Проводкой их занимались ледоколы типа «Ермак» (см. рис. 7).

Наиболее приспособленными для продленной навигации оказались:

• суда типа «Норильск» (СА-15);
• танкеры типов «Самотлор» и «Вентспилс»;
• а также суда смешанного типа «Виталий Дьяконов» (см. рис. 7).

Большие суда типа СА-15, «Самотлор» и другие, имея большую осадку, могут двигаться во льдах за ледоколами только на больших глубинах, где обычно располагаются многолетние сплошные льды. В то же время в мае—июне в Восточной Арктике вдоль берегов образуется прибрежная полынья, доступная для движения судов с малой осадкой, прежде всего смешанного плавания со слабыми ледовыми подкреплениями. И здесь полыньи, перекрытые ледовыми перемычками, могут разрушаться вспомогательными ледоколами с малой осадкой (4—5 м).

Путь для проводки судов вдоль берегового припая из-за малых глубин недоступен для крупных транспортов и мощных линейных ледоколов вследствие большой их осадки. Движение же мелкосидящих судов смешанного плавания в те сроки, когда осуществляется проводка судов СА-15 мощными линейными ледоколами, из-за недостаточной прочности судов река—море невозможно. Навигация этих судов начинается в более поздние сроки, когда улучшается ледовая обстановка.

Предлагается к прочтению: Корпусодостроечные работы

Для того чтобы суда смешанного плавания могли начинать работу в Восточно-Сибирском море, не пробиваясь через тяжелые льды Чукотского моря, несколько лет оставляли в порту Певек и на реке Колыме по нескольку таких судов, которые приступали к доставке грузов в Колыму, завезенных в Певек в предыдущую навигацию, и угля из Колымы в Певек. Однако оказывается более выгодным все суда смешанного плавания выводить из Арктики на зимний период на юг и использовать их круглогодично в Приморье, на Камчатке и Сахалине. Особенно это целесообразно для судов смешанного плавания с мощными ледовыми подкреплениями типа «Виталий Дьяконов», которым в последнее время присвоен новый класс Регистра, позволяющий им плавать в открытых морях без ограничений.

Условия плавания судов во льдах на мелководье отличаются от плавания во льдах на больших глубинах. Посадка на грунт через прижатый к нему корпусом судна лед вызывает большие нагрузки на днищевые конструкции. Поэтому необходимо обратить самое пристальное внимание при проектировании днищевых конструкций рассматриваемых мощных ледоколов с малой осадкой.

Мощность последних будет значительно увеличиваться с целью проводки речных судов с ледовыми подкреплениями, и неизбежно ледоколы во льдах на мелководье будут двигаться, преодолевая сопротивление массы льда, забивающего все пространство под днищем до дна.

В настоящее время речные ледоколы имеют недостаточную мощность для преодоления сопротивления массы льда под корпусом при посадке на грунт через лед.

После повреждений на ледоколах типов «Москва» (рис. 9), «Ермак» и «Капитан Сорокин» требовалось модернизировать, усиливать прочность их конструкций, поскольку решения, заложенные в построечные чертежи, в достаточной степени не учитывали истинные ледовые нагрузки. В середине 60-х годов ДВПИ было внесено предложение подкреплять корпуса ледоколов и транспортных судов на основе определения фактически действующих нагрузок по остаточным деформациям. При модернизации ледокола «Москва» в 1988 г. в Японии эти предложения были реализованы, и ожидалось, что в течение восьми лет повреждения появляться не будут.

На рис. 9 показаны районы повреждений корпуса танкеров типа «Самотлор», полученных в тяжелых льдах, несмотря на то что эти танкеры сопровождались ледоколами. После модернизации танкеров объемы повреждений значительно уменьшились.

Расчеты затрат на ежегодные ремонты в течение 22 лет двух однотипных ледоколов «Москва» и «Ленинград» после завершения ими арктических проводок показали, что, выполняя модернизационные мероприятия сразу после выявления недостатков, можно избежать ежегодных ремонтов. Произведя большие одноразовые затраты на модернизацию этих судов, можно было бы сэкономить 16 млн руб. и 1 050 т стали. Однако и до сих пор на ледоколах во многих случаях не проводят модернизационные мероприятия сразу после обнаружения недостатков, что ведет к увеличению стоимости ремонтов.

Обычно деньги на ремонт отпускаются только после того, как деформации превысят предельно допустимые величины. В результате затраты на ремонт оказываются в несколько раз больше тех, что понесли бы пароходства при выполнении ранней модернизации. Ведь даже при наличии больших деформаций набора и обшивки еще имеется возможность выполнить подкрепления. А если это своевременно не сделать, то через несколько лет остаточные деформации увеличатся настолько, что обойтись подкреплением будет уже невозможно и возникнет необходимость замены значительных участков корпусных конструкций.

Например, в 1982 г. на ледоколе «Адмирал Макаров» обнаружились значительные деформации в днищевой и скуловой частях корпуса, которые постепенно уменьшались к середине длины судна. Было бы естественным одновременно с заменой конструкций с большими деформациями подкрепить все районы, в которых из-за недостаточной прочности появились остаточные деформации.

Однако во время ремонта в 1982 г. произвели только ту замену конструкций, которую требовал Регистр. Правда, все необходимые модернизационные мероприятия, предлагавшиеся учеными, на заменяемых конструкциях были осуществлены. Во время очень тяжелой навигации 1983 г. ледокол «Адмирал Макаров» проходил как бы натурные испытания. Все модернизированные конструкции не получили никаких остаточных деформаций, но конструкции, которые предлагалось подкрепить во избежание увеличения деформаций, получили дополнительные деформации, и вновь появилась надобность в ремонте корпуса.

Как видно из вышеприведенных примеров, расчетные внешние нагрузки, действующие на корпуса ледоколов и судов ледового плавания, часто назначают недостаточно обоснованно. Прежде всего, мало внимания уделяют особенностям работы мощных ледоколов на мелководье. Работая на мелководье в Восточной Арктике, ледоколы неоднократно садились на грунт через лед. На снятие с мели затрачивали много времени, раскачивая ледоколы с помощью креновых систем и уплотняя мягкий грунт под днищем, в результате чего льдины, попавшие под корпуса, разрушались и ледоколы получали возможность двигаться.

При нормальных условиях эксплуатации возникают большие усилия на днища при ударах о льдины, уходящие под корпус. Во время движения на мелководье эти льдины прижимаются прежде всего носовой оконечностью ледокола, так как капитаны при плавании в таких условиях стараются создавать небольшой дифферент на нос, чтобы при посадке на мель максимальные нагрузки воспринимались более прочной носовой оконечностью. Столкновение с льдинами, скрытыми под водой или сидящими на мели (стамухами), прочность которых достигает 2—3 МПа, вызывает у ледоколов вмятины площадью до 2 м², а удары всплывающих льдин, которые уходят под корпус после разрушения ледового покрова носом ледокола, вызывают напряжения до 2,6 МПа.

Изменение условий эксплуатации приводит к изменению расчетных внешних нагрузок. Например, использование методов толкания потребовало не только подкрепления носовой оконечности судов типа СА-15, но и носовой оконечности ледоколов. Так, на ледоколе «Адмирал Макаров» были ликвидированы повреждения надводной части листового форштевня, которым он упирался в корму толкаемого судна, и одновременно была увеличена его прочность.

Суда море—река и река—море смешанного ледового плавания

В настоящее время в мире существуют многочисленные суда смешанного плавания, приспособленные для плавания в различных районах морских акваторий с заходом в судоходные реки. Наличие больших рек с достаточными глубинами в России вызвало появление судов смешанного плавания. Этому способствовало также то, что для многих регионов страны речные магистрали являются единственными путями для надежной связи с морями.

Однако даже при развитом железнодорожном транспорте Западной Европы и Америки доставка грузов судами смешанного плавания получила широкое распространение. Интенсивно используется Миссисипи, Дунай и Рейн. На этих магистралях часто можно встретить и российские суда. Грузы судами доставляются также из глубинных районов по рекам, направляясь в море. Примером могут служить интенсивные перевозки грузов с Волги через Балтику и Черное море в страны, расположенные в бассейне Дуная и Рейна, через Каспий в Иран, Азербайджан, Туркменистан и Казахстан, а также в обратном направлении.

В последние годы все чаще можно встретить суда смешанного плавания в Арктике, где в океан впадают многочисленные глубоководные судоходные реки, такие как:

• Обь,
• Енисей,
• Лена,
• Индигирка и Колыма.

Однако их использование здесь усложняется из-за сложных ледовых условий.

Весьма перспективными являются универсальные контейнеровозы смешанного ледового плавания река—море и море—река, способные приходить в Арктику с первыми караванами и уходить оттуда с последними. Суда этих типов не должны после короткой летней навигации оставаться на зимовку в Арктике. Приняв участие в продленной навигации в Арктике летом, все суда на зиму должны выводиться на юг для использования в зимних условиях в морях Тихого океана или для ремонта.

В настоящее время на Дальнем Востоке эксплуатируются очень удачные суда смешанного плавания типа «Виталий Дьяконов», которые, имея двойные борта, обладают повышенной живучестью. Кафедрой конструкции судов ДВПИ предложен ферменный набор в междуоборотном пространстве, позволяющий быстро восстанавливать в судовых условиях потерянную прочность при больших остаточных деформациях или пробоинах. Аналогичная конструкция может быть рекомендована и для речных судов.

Все чаще ставится вопрос о необходимости исследования возможности интенсивного использования судов смешанного плавания в море. Необходим новый подход к оценке работы этих судов в условиях морского волнения, прежде всего, с точки зрения их прочности. Можно было бы повысить эффективность работы флота за счет снятия ограничений при плавании судов смешанного плавания в море.

Принятая в настоящее время классификация судов смешанного плавания основывается на понятии места убежищ как возможного укрытия при возникновении сильного волнения, опасного для данного судна с точки зрения его прочности и остойчивости.

Разрешение на эксплуатацию судов смешанного плавания дается только при высотах волн 3 %-ной обеспеченности h_{3 %} ≤ h_огр. Последняя величина различна для судов различных классов и ограничивается возможными удалениями судна от места убежищ. Однако географические условия во многих, особенно дальневосточных, районах, где эксплуатируются суда смешанного плавания, таковы, что встречаются затруднения в соблюдении приведенного неравенства. Это приводит к тому, что фактическое удаление от мест убежищ бывает больше нормативных величин и приходится плавать на волнении, высота волн при которых превышает установленные нормы.

Обычно суда смешанного плавания имеют малую осадку и отношения В/Т и Н/Т большие, чем у морских судов, и их остойчивость обеспечивается при любом волнении. (Из-за малой осадки в целях использования мощных главных механизмов суда смешанного плавания, как правило, строят двухвинтовыми.) Несколько хуже обстоит дело с общей продольной прочностью судов смешанного плавания, за исключением тех судов, которые имеют мощные ледовые подкрепления (например, суда типа «Виталий Дьяконов»). Поэтому принято считать, что безопасность мореплавания судов смешанного плавания определяется их общей продольной прочностью.

Будет интересно: Общий продольный изгиб и общая продольная прочность корпусных конструкций судна

Проведенные работниками кафедры конструкции судов ДВПИ морские натурные испытания на волнении в Японском море показали, что для судов смешанного плавания типа «Балтийский» и «Морской» оказалось возможным понизить ограничения, которые были приняты при проектировании. Результаты расчетов, проделанных автором совместно с дипломниками, а позже с В. Н. Бугаковым, свидетельствуют о возможности присвоить морской класс без ограничений судам типа «Виталий Дьяконов», так как их остойчивость и прочность удовлетворяют всем требованиям, которые предъявляются к морским судам. Требуется только добавить дополнительный запасной якорь и кое-какое снаряжение.

До того как для «Виталия Дьяконова» были проведены расчеты, многочисленным судам такого типа, принадлежащим Сахалинскому морскому пароходству, при ежегодных переходах через бурные дальневосточные моря в Арктику, особенно поздней осенью, приходится испытывать волнение с более высокими волнами, чем предусмотрено.

В целом ряде районов морей Дальнего Востока судам смешанного плавания приходится удаляться от мест убежищ на расстояния, большие, чем предусматривалось в проекте. Кроме того, некоторые места убежищ не могут использоваться в качестве укрытий при определенных ледовых и штормовых ситуациях. Поэтому для Дальнего Востока суда смешанного плавания предпочтительней проектировать как морские с малой осадкой.

В водах Европы, где места убежищ находятся на небольших расстояниях друг от друга и условия плавания значительно легче, чем на Дальнем Востоке, вполне резонно использование судов смешанного плавания с ограничениями по районам и сезонам плавания и по допустимой высоте волнения. Однако в последнее время и там уже начали строить суда смешанного плавания без ограничений при плавании в море.

Лесовозы

В составе транспортных судов флота России лесовозы (рис. 10) составляют значительную его часть. Лес является экспортным сырьем, приносящим стране валюту. Своеобразные качества лесных грузов, идущих на экспорт, обусловливают определённый подход к выбору конструктивного типа лесовозов для разных регионов.

На западе лес вывозится с помощью лесовозов из портов Балтийского, Белого морей и из Игарки на реке Енисей. Игарка и порты Белого моря доступны в основном только летом. Однако с помощью ледоколов некоторые порты доступны для лесовозов в течение всего года.

Из северных районов страны с помощью лесовозов экспортируется в основном пиленый лес в виде пакетов, в то время как лес из портов Дальнего Востока и Балтики отправляется в виде бревен. Как в первом, так и во втором случаях значительная часть лесных грузов перевозится на открытой верхней палубе. Это создает некоторые трудности с обеспечением остойчивости лесовозов. Конструктивные особенности этих судов должны позволять возможно большую часть груза леса располагать под верхней палубой в трюмах, а при ходе порожнем иметь возможность принять водяной балласт в специальные емкости. Этого можно добиться, и соответствующим образом выбирая главные размеры и надстройки. Во время погрузки круглого леса разных сортов, располагая самые тяжелые сорта на двойном дне, а легкие — на палубе, также можно обеспечить достаточную остойчивость лесовозов.

Для увеличения объема трюмов на лесовозах нецелесообразно делать наклонные борта. Для увеличения площади верхней палубы длина надстроек должна быть возможно меньшей. Достаточно иметь короткие бак и ют (рис. 11). Грузовые лебедки следует располагать на высоких площадках (рострах), ограждая их прочными фальшбортами. Эти ограждения предотвращают повреждения лебедок палубным грузом при грузовых операциях. Пиленный лес почти весь (около 80 %) перевозится в пакетах с завода Северного бассейна, а из дальневосточных портов — круглый лес (около 90 %) россыпью. Способ перевозки леса оказывает влияние на методы крепления палубного каравана леса, опирающегося по бортам на стензели, устанавливаемые в виде вертикальных высоких стоек, опирающихся на высокие фальшборты (рис. 12). Стензели формируют лес, расположенный на верхней палубе, и для предотвращения перемещения верхних слоев бревен при крене уже около 18 ° караван охватывают идущие по его верху найтовы, концы которых закрепляются на планширях фальшборта.

Большое количество леса в настоящее время направляется с Дальнего Востока в Японию, Китай и Корею. В перспективе возможна его доставка в Австралию и Новую Зеландию. В первые три страны расстояния небольшие, а в две последние — морские переходы займут много времени. Такие же длительные переходы лесовозам приходится совершать из Енисея в Европу, а из Балтики в Европу — короткие. Поэтому для длинных и коротких перевозок леса должны использоваться разные конструктивные типы лесовозов.

В связи с этим нами был рассмотрен вопрос создания на базе одного проекта двух типов безбалластных лесовозов, базируясь на принципах, широко используемых при размерной модернизации судов.

Лес в Японию из портов Дальнего Востока доставляется на расстояние от 400 до 1 000 миль и очень редко на большие расстояния, когда лесовозы загружаются в портопунктах Восточной Арктики. При проектировании лесовозов необходимо иметь в виду, что грузовые операции в многочисленных портах Японии производятся судовыми средствами. Японские фирмы требуют доставлять мелкие партии леса в разные порты. Эксплуатация больших лесовозов нерациональна из-за больших дополнительных расходов, связанных с посещением нескольких портов. Оказывается выгоднее иметь лесовозы меньшего размера.

Большие лесовозы, предназначенные для использования на длинных линиях, вместо части леса для обеспечения необходимой остойчивости в грузу вынуждены принимать балласт, что в целом и уменьшает доходы, и вызывает ускорение коррозии топливных танков двойного дна. Предпочтительнее использовать безбалластные небольшие лесовозы, обеспечивая необходимую остойчивость в грузу за счет выбора соответствующих размеренный. Короткие морские переходы и продолжительные стоянки в портах под грузовыми операциями оказывают влияние на уменьшение их скоростей по сравнению с экономичными скоростями для лесовозов, работающих на протяженных линиях.

Рекомендуется к прочтению: Материалы конструкций корпуса, активно используемые в судостроении

Очень важным обстоятельством, которое необходимо учитывать при проектировании лесовозов для Дальнего Востока, является использование в последние годы на перевозках экспортного леса судов смешанного плавания река—море. Уже много лет многочисленные суда этого типа заняты на перевозках леса за границу из Приамурья. С 1975 г. суда смешанного плавания выводятся на зиму из Амура для перевозки экспортного леса из незамерзающих портов Дальнего Востока. Такие суда перевозят лес по Колыме и Лене. Зимой часть этих судов перевозит лес из Приморья в Японию, а также может доставлять его в реки Китая. К судам из Амура присоединяются арктические суда смешанного плавания, которые раньше долгие девять месяцев ждали начала навигации в портах Тикси, Певек и Зеленый Мыс.

Легкий корпус, слабые ледовые подкрепления, большая вместимость трюмов судов смешанного плавания обеспечивают хорошую их остойчивость в море с лесом на палубе, что при малой грузоподъемности и осадке позволяет им успешно работать на необорудованном берегу портовых пунктов Приморского и Хабаровского краев. Наличие двойных бортов повышает безопасность их плавания и во льдах. Однако отсутствие грузовых средств на большинстве судов смешанного плавания затрудняет погрузку на рейде и выгрузку в портах, что снижает экономичность перевозок.

Таким образом, суда смешанного плавания при использовании их для перевозок леса и контейнеров должны иметь двойные борта, свои грузовые средства (предпочтительнее — механизированные стрелы), гладкую палубу, короткие, высокие бак и ют, минимальную длину машинного отделения, высокие лебедочные ростры и прочный фальшборт, присоединенный к ширстреку.

В Австрии построены 10 навалочников-лесовозов, которые предназначаются для плавания при температуре до -30 °С по внутренним речным путям с выходом в Северное, Белое и Балтийское моря. Первые суда этой серии — лесовозы «Механик Ярцев» и «Механик Макарин». Их главные элементы следующие: длина 79,4, ширина 14,5 (L/B = 5,45), расчетная осадка 4,7, осадка по летнюю грузовую лесную марку 5,1 м, при расчетной осадке дедвейт 2 290 т и при осадке по летнюю марку 2 640 т, скорость судов 12,6 уз при мощности главного двигателя 2 080 кВт и запасах топлива 170 т, дальность плавания 5 000 миль. Суда имеют ледовую категорию Л1 и приспособлены для плавания в ледовых условиях в реках и морях. С целью повышения маневренности во льдах и в узкостях установлено носовое подруливающее устройство «Шоттель» туннельного типа мощностью 185 кВт.

Как положительный факт следует отметить, что впервые на лесовозах выполнена короткая надстройка бака высотой более 4,5 м. Это позволяет уменьшить заливание через бак во время шторма при движении навстречу волнам. Кроме того, переходные кницы от бака к бортам имеют большую протяженность и высоту, начинаясь от конца фальшборта бака, которые доходят до конца последнего. Все эти нововведения предлагались уже много лет, однако на строящихся у нас и для нас за границей лесовозах эти предложения были осуществлены впервые.

В Японии для Дальнего Востока строится серия малых морских лесовозов с малой осадкой и с ледовыми подкреплениями, которые не могут использоваться для захода в Амур, Анадырь, Колыму, Лену, Обь, Енисей, а также в другие реки, впадающие в Северный Ледовитый океан. Особо необходимо отметить, что эти лесовозы имеют отношение L/В = 5,8 и проектную осадку 5,6 м.

Первый из серии этих лесовозов-контейнеровозов «Краскино» в 1990 г. введен в эксплуатацию Дальневосточного пароходства и отвечает условиям перевозки леса из России на коротких линиях в Китай и Японию. Двойные борта увеличивают вероятность непотопляемости в случае получения пробоин во льдах. Внутренние двойные борта являются продолжением продольных комингсов и по высоте делятся на два отдельных танка. Подпалубный танк меньшего размера предназначен для проводки трубопроводов, а нижний танк, опирающийся на второе дно, — для балласта и топлива.

Судно оборудовано коротким баком и короткой кормовой надстройкой, что увеличивает площадь верхней палубы. Машинное отделение имеет небольшую длину, за счет чего увеличена длина грузовых трюмов. Последние обстоятельства вместе с малым отношением длины к ширине позволяют на коротких линиях обходиться без балласта. В этом заключается важное преимущество этих судов по сравнению с лесовозами-контейнеровозами типа «Пионер Москвы» с удлиненным баком и длинной кормовой надстройкой.

При эксплуатации в устьях рек рассматриваемые суда будут плавать с недогрузом. Та же японская фирма для других стран выполнила заказы на суда меньших размерений (L/B = 5,2, осадка 4,8 м), которые больше подошли бы для лесовозов-контейнеровозов смешанного плавания.

На теплоходе «Краскино» было бы целесообразно увеличить высоту бака до 4 м и его фальшборт довести до конца бака, сведя его к фальшборту на главной палубе в виде длинных переходных книц, как это было сделано на лесовозах, построенных для нас в Австрии.

Рассмотренные морские суда смешанного плавания море—река в условиях Дальнего Востока и Восточной Сибири в ближайшее время придут на смену судам смешанного плавания река—море, так как отсутствие на местных реках шлюзов делает возможным эксплуатацию более широких, но коротких судов.

В настоящее время предпринимаются попытки уменьшить ограничения для судов смешанного плавания, находящихся в эксплуатации. Эти попытки связаны с ошибками прогнозов состояния моря. Суда при выходе из рек могут попасть на более интенсивное волнение, чем это разрешено в соответствии с его классом. Учет этого обстоятельства при определении расчетного изгибающего момента приводит к его увеличению, однако для некоторых судов с ледовыми подкреплениями это увеличение может оказаться несущественным.

Большие размеры и мощные ледовые подкрепления лесовозов, перевозящих лес из устья Енисея и из портов Белого моря в европейские страны и Африку, достаточно обоснованы. На переходах с большой протяженностью им приходится принимать много горючего, которое играет роль жидкого балласта, обеспечивая необходимые качества остойчивости. Использование этих лесовозов, которые при полной загрузке принимают до 1 200 т жидкого балласта, на коротких переходах между портами Приморья и портами Японии и Китая неэффективно.

Технико-экономические показатели лесовозов могли бы быть значительно выше, если бы при проектировании их конструкций полнее учитывались транспортные характеристики и физико-механические свойства перевозимых лесоматериалов, а также реальные условия их эксплуатации, особенно на Дальнем Востоке — основном районе лесоперевозок. При проектировании отдельных конструкций лесовозов необходимо учитывать особенности лесных грузов. Для размещения этих грузов лесовозы должны иметь большие свободные трюмы с большими люками и обширные незанятые верхние палубы.

Груз лесовозов имеет большую удельную погрузочную кубатуру, поэтому значительную его часть располагают на верхней палубе. Лесной груз, размешенный на палубе, при качке взаимодействует с судовыми конструкциями, которые часто получают повреждения. Особенно сильно воздействует на конструкции круглый лес. Бревна под влиянием соседних бревен стремятся сдвинуться и при этом передают давление на судовые конструкции. Подвижность круглого леса зависит от внутреннего трения и сцепления, а также от инерционных сил. При ограничении бокового расширения штабеля бревен, сжимаясь, оказывают большие давления на ограждения (стензели) и на палубу. Эти давления увеличиваются при заполнении водой пустот между бревнами во время шторма.

Стензели изготавливают из вертикально поставленных в специальные гнезда бревен или из стальных профилей. Они испытывают изгибные деформации. Перевозка леса в пакетах заметно уменьшает усилия, действующие на стензели, за счет уменьшения подвижности леса на палубе в результате увеличения сил трения внутри пакетов. Перевозка круглого леса в пакетах на Дальнем Востоке позволила использовать бесстензельный метод перевозки.

Особенностями лесных перевозок и специфически транспортными свойствами лесных грузов объясняется своеобразный подход к проектированию конструкций корпуса лесовозов и к обеспечению их прочности.

Совершенствование технологии грузовых операций на лесовозах оказывает большое влияние на конструкцию их трюмов и палубы. Для восприятия усилий от стензельных стоек, усилий от палубного каравана и для передачи их на палубу и борт фальшборты должны иметь особенно прочную конструкцию. В последние годы все чаще ставится вопрос о целесообразности присоединения фальшбортов к ширстреку по всей длине без выполнения подвижных соединений и прорези.

При полном раскрытии палубы общую продольную прочность и прочность на кручение корпусов лесовозов обеспечивают путем изменения формы миделевого сечения корпуса и надлежащего размещения материала продольных связей. Для увеличения прочности корпуса устраивают двойные борта или устанавливают подпалубные цистерны. Подпалубные цистерны при металлоемкости, меньшей, чем у двойных бортов, обеспечивают общую прочность и жесткость корпуса, а также вместе с непрерывными продольными комингсами создают надежную опору для восприятия усилий от палубных перекрытий, загруженных палубным грузом (рис. 13).

Как было указано выше, дня трех бассейнов, из которых производится экспорт леса, нужны два типа безбалластных лесовозов: один — для коротких рейсов (в основном на Дальнем Востоке) и второй — для длинных.