.

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

Современное судостроение обладает достаточными инженерными сооружениями; также развитые технологии грузовых работ в совокупности помогают осуществлять такелажные работы со всей технологической точностью.


Прогрессивные транспортно-технологические системы применяют для существенного уменьшения трудоемкости грузовых операций, ускорения процессов погрузки—выгрузки. Указанные цели достигаются прежде всего за счет укрупнения грузовых мест. В этом деле имеются определенные успехи.

Все чаще универсальные суда, перевозящие генеральные грузы, заменяют на специализированные:

  • контейнеровозы,
  • лихтеровозы,
  • пакетовозы,
  • трейлеровозы.

Разгрузку и погрузку специализированных судов производят очень быстро, и большую часть времени они находятся в движении, а не в портах под грузовыми операциями. В конструктивном отношении эти суда очень своеобразны, и если их использовать для перевозки грузов, не помещенных в специальную тару (контейнеры, лихтеры и т. п.), то экономический эффект резко уменьшится и их высокие скорости станут нерациональными из-за увеличения продолжительности стоянок в портах под грузовыми операциями.

Для ускорения грузовых операций уже много лет успешно используют суда для перевозки навалочных и сыпучих грузов. Погрузка и выгрузка этих судов, производимая различными специальными грузовыми устройствами, занимает мало времени. Для загрузки таких судов в обоих направлениях их часто делают комбинированными, в результате чего они приобретают способность перевозить также жидкие грузы. Однако для превращения судов для навалочных грузов в комбинированные требуется существенно изменять их конструкцию.

Технологии грузовых работ
Моряки выгружают боеприпасы с USNS GYSGT Fred W. Stockham
Источник: Foter.com

Ввиду большой скорости проведения грузовых операций на наливных судах и газовозах они задерживаются в портах минимальное время. Таким судам присущи конструктивные особенности, вызванные необходимостью обеспечения безопасной перевозки жидких и газообразных грузов.

Все чаще в составе транспортного флота появляются одиночные грузовые суда для перевозки разнообразной тяжелой техники, снабженные специальными грузовыми устройствами. Наиболее интересными среди них являются суда, предназначенные для транспортировки целиком плавучих буровых установок массой в несколько тысяч тонн. В процессе погрузки судно балластируется и затапливается, затем над его палубой устанавливается буровая вышка, после чего балласт откачивается, буровая установка поднимается всплывающим судном и в таком положении транспортируется. Ширина судов этого типа очень большая (L/B≈3), поэтому вопросу обеспечения их общей поперечной прочности приходится уделять самое пристальное внимание.

Таким образом, в некоторых случаях решающим фактором при создании специального судна нового конструктивного типа может оказаться желание ускорить грузовые операции.

Скорость проведения грузовых операций часто определяет рентабельность современных судов и зависит не только от условий, созданных на судне, но и от организации работы портов и других видов транспорта. Выбор конструктивного типа судна в значительной степени зависит от условий, существующих на сухопутном транспорте, поэтому должен осуществляться с учетом условий работы отдельных видов транспорта, смежных с морским.

Для увеличения скорости выгрузки на необорудованный берег, когда подход к нему невозможен из-за тяжелых льдов, уже сейчас широко внедряется выгрузка на лед, а также доставка грузов с помощью вертолетов. На Херсонском судостроительном заводе построены несколько судов-снабженцев для Арктики типа «Витус Беринг», несущих на борту вертолеты. Первое из них летом 1987 г. прошло успешные испытания в Арктике, а зимой 1988 г. — в Антарктике.

Читайте также: Корпус судна и предъявляемые к нему требования

Иногда целесообразно добиваться увеличения скорости грузовых операций даже за счет уменьшения количества перевозимого груза, как на контейнеровозах. Контейнеризация линейных перевозок грузов на море привела к существенной перестройке работы других видов транспорта. Она в значительной степени повысила эффективность всего линейного судоходства. Каждое отдельное обычное сухогрузное судно, имеющее те же размеры, что и контейнеровоз, на тех же линиях перевозит за один рейс больше груза, однако оно простаивает больше времени в портах под грузовыми операциями.

По сравнению с временем проведения грузовых операций на обычных судах для перевозки генеральных (штучных) грузов время проведения грузовых операций на контейнеровозах меньше в 10—15 раз. За счет этого увеличилось общее ходовое время и появились условия для роста скорости и размеров этих судов. Скорость контейнеровозов достигла 30 уз. и выше, тогда как обычные сухогрузные суда редко развивали скорость более 17 уз., но в связи с резким удорожанием топлива в 70-е годы скорости вновь построенных судов снизились до 20—25 уз. Сейчас средняя скорость контейнеровозов последней постройки выше скорости новых сухогрузных судов на 20—30%. Для такого увеличения скорости на судах дедвейтом около 10 тыс. т приходится увеличивать мощность главных механизмов в два раза.

Способность контейнеровозов перевозить большее количество грузов за одно и то же время по сравнению с сухогрузными судами привела к резкому сокращению потребного количества судов на отдельных линиях. Однако стоимость постройки контейнеровозов намного больше стоимости постройки обычных судов. Кроме того, контейнеровозы имеют более сложную конструкцию из-за широкого раскрытия палуб и наличия устройств для закрепления контейнеров и сохранности палубного груза.

Пример с контейнеровозами показывает, как новая технология перевозки грузов в «вагонах без колес» привела к созданию судов совершенно новых конструктивных типов. Как уже было сказано, для организации у нас в стране перевозок лесных грузов в пакетах и стропах потребовалось разработать судно нового типа — лесовоз-пакетовоз.

Использование щеповоза, перевозящего в трюмах щепу, для одновременной перевозки леса на палубе затруднено:

  • необходимо изменять его грузовые устройства и конструкцию;
  • в бортах надо делать вырезы (лацпорты) с целью ускорения грузовых операций при выгрузке через них щепы из трюмов и одновременном снятии с верхней палубы леса.

Обоснованный прогноз возможных изменений технологии перевозки грузов и грузовых операций в ближайшее время, а также в отдаленном будущем позволит определить конструктивные типы судов и смежных видов транспорта. Обновление техники и технологии должно планироваться путем разработки системы организационных, экономических и транспортных мероприятий. Решить весь комплекс проблем быстро, конечно, невозможно, однако и задерживать поиск путей их решения нельзя. Усовершенствование транспортного конвейера может решаться по частям в соответствии с общим планом долговременных мероприятий. Это требует непрерывного перевооружения транспорта на базе новой техники.

В ведущих судостроительных странах были разработаны национальные программы постройки судов, которые намечалось эксплуатировать в XXI в., и сформулированы прогрессивные требования.

Рыболовецкое судно GDY-309 ACAMAR
Гданьск 1995 Памятник Вестерплатте и рыболовецкое судно GDY-309 ACAMAR
Источник: Foter.com

В целом в этих программах предусматривалось эволюционное развитие существующих конструктивных типов судов традиционного назначения с учетом внедрения результатов научно-технического прогресса. Совершенствование флота, как и раньше, будет идти по пути дальнейшего ускорения грузовых операций, сокращения экипажа на основе комплексной механизации и автоматизации, а также специализации судов для отдельных конкретных линий и доведения их грузоподъемности и скорости до оптимальных. Должно быть обращено внимание на дальнейшую унификацию архитектурно-конструктивных решений и внедрение достижений строительной механики, гидромеханики, а также на использование новых материалов.

В связи с многочисленными авариями судов на морских линиях особое внимание следует обращать на их безопасность. Бесследные исчезновения навалочников в 80-е годы и катастрофы пассажирских паромов (конец 1991 г.) потрясли мир. Как показывает статистика, в Суэцком канале и в Балтийском море (конец 90-х годов), несмотря на технический прогресс в судостроении и в судоходстве, общее число погибших судов не снижается и ежегодно составляет 0,7% общего количества эксплуатируемых судов. Безопасность судна в значительной степени зависит от его прочности, остойчивости и непотопляемости, а также от соблюдения экипажем требований эксплуатации. Построить абсолютно надежное судно невозможно, безопасность, часто зависящая от интуиции судоводителей и механиков, должна обеспечиваться и контролироваться приборами.

Наливные суда (танкеры)

История появления первых танкеров — судов, перевозящих жидкие грузы в своем корпусе, относится к 1873 г. Тогда на парусной шхуне «Александр» в Каспийском море впервые осуществили перевозку нефти во вкладных цистернах, напоминающих современные грузовые цистерны танкеров. Эта идея была быстро подхвачена, и вскоре появилось много деревянных и металлических барж для перевозки нефти по Волге в специальных цистернах. В 1876 г. в России был построен первый паровой танкер «Зороастр», специально предназначенный для плавания в Каспийском море, в начале 1882 г. там же появился пароход «Спасатель», обладавший всеми конструктивными особенностями, характерными для современных танкеров (расположение главных механизмов в корме, отсутствие двойного дна, наличие продольной переборки и нескольких поперечных, продольная и поперечные переборки образовывали отдельные грузовые танки для хранения жидкого топлива).

Архитектурно-конструктивный тип судна, принятый на первых русских танкерах, оказался настолько удачным, что он в основном сохраняется до сих пор. Однако желание уменьшить опасность утечки жидких грузов в результате столкновений и посадок на мель в последние годы вызвало серьезные конструктивные изменения на этих судах. Правила требуют устройства двойного дна и двойных бортов (двухкорпусные танкеры), а также — подпалубного набора снаружи корпуса с целью уменьшения коррозии от агрессивного воздействия жидкого груза в цистернах.

За границей впервые танкер, как специальный тип судна, был зарегистрирован Английским Ллойдом в 1886 г. Это был «Глюкауф» (дедвейтом 2 300 т). Поэтому часто иностранцы историю танкеростроения начинают с этого типа судна.

В течение короткого исторического периода наблюдалось интенсивное увеличение добычи и использования нефтепродуктов и их перевозка морем. В связи с этим росли количество танкеров и их размеры. Водоизмещение их и грузоподъемность достигли 0,5 млн т, и были разработаны проекты судов даже до 1 млн т. Однако энергетический кризис в середине 70-х годов XX в. заставил поставить на прикол и крупные танкеры, которые оказались неэффективными в эксплуатации. До сих пор строительство таких танкеров фактически не ведется. Некоторое количество супертанкеров еще находится в эксплуатации. Большие размеры танкеров ограничивают возможность их использования во многих портах из-за малых глубин и в проходах через стесненные фарватеры.

Особенно резкое уменьшение количества судов наливного флота наблюдалось в 1981—1986 гг., достигнув 25,2%. Самые большие морские танкеры, предназначавшиеся для доставки нефти с Ближнего Востока в Европу вокруг Африки, были проданы на металлолом. После открытия канала оказалось целесообразнее перевозить нефть на танкерах меньшего размера, имеющих сравнительно малую осадку.

На рис. 1 можно видеть изменение размеров танкеров и их вида со временем. Однако все они не имели двойного дна и двойных бортов, которые все чаще можно видеть на современных танкерах. Сейчас самыми большими являются греческий танкер «Хелас Фос» дедвейтом 555 тыс. т и «Сиуайз Джаэнт». Длина последнего благодаря модернизации в Сингапуре достигает 458 м, дедвейт 565 тыс. т, водоизмещение около 640 тыс. т. Оба этих танкера больше знаменитого «Баутилуса», разобранного в кризисные годы на металлолом.

Этапы увеличения размеров танкеров
Рис. 1 Увеличение размеров танкеров и характерные этапы их проектирования

В соответствии с требованиями ИМО, начало которым в 1993 г. было положено документом «Двойные корпуса» («Double Hulls»), танкеры новой постройки должны иметь двойное дно и двойные борта. Такие танкеры получили название двухкорпусных. Традиционным типом, регламентируемым Правилами, является танкер, у которого объемы двойного дна и двойных бортов используются для устройства балластных танков, в которые груз нефти не принимается и в грузу они остаются пустыми. Благодаря этому в случае столкновения или посадки танкера на мель уменьшается риск утечки грузов, а повреждения ограничиваются разрушением наружной обшивки и набора при сохранении непроницаемости второго дна и вторых бортов даже при их деформациях. Поэтому все большее распространение получают танкеры с двойными корпусами типа VLCC (Вери Ладж Круид Кэрие) дедвейтом от 175 до 300 тыс. т.

В разных странах ведутся интенсивные исследования возможностей усовершенствования конструкций двухкорпусных танкеров с целью уменьшения их экологической опасности при катастрофических столкновениях и посадках на мель.

Предлагается к прочтению: Создание защищенных от износа конструкций судна

В соответствии с положениями МАРПОЛ—73/74 для двухкорпусных танкеров расстояние между внутренними и наружными корпусами должно быть не менее 2 м. Для размещения достаточного количества балласта при ходе порожнем на традиционных танкерах VLCC это расстояние принимается около 3 м, а при новой системе двухкорпусных танкеров достаточно иметь 2,5 м.

На всех танкерах после подписания Конвенции 1973 г. по предотвращению загрязнения моря предусматривались дополнительные меры по ограничению утечки жидких грузов. Кроме двойных бортов и дна регламентировалось размещение нефтенепроницаемых продольных и поперечных переборок так, чтобы утечка грузов из танков при авариях была минимальной. На рис. 2 показано расположение танков на разных супертанкерах.

Расположение танков на разных супертанкерах
Рис. 2 Расположение грузовых танков на танкере: а — на супертанкерах, ДВТ 100 тыс. т; б, в — усовершенствованных супертанкерах: г — проектном, ДВТ 1 млн т; д — двухкорпусном, ДВТ 311 тыс. т

Особое внимание уделяется ограничению утечки нефти на танкерах, плавающих во льдах, поскольку аварии в северных районах наносят вред экологии, здесь окружающая среда долгие годы не способна восстановиться. Опыт создания двухкорпусных танкеров имеется и в России, где были построены супертанкеры типа «Крым» дедвейтом 150 тыс. т с двойным дном (рис. 3) и двухкорпусные танкеры типа «Победа» (рис. 4) меньшего размера.

Схема супертанкера "Крым"
Рис. 4 Мидель-шпангоут супертанкера «Крым» с двойным дном и бульбом

Многие годы успешно эксплуатируются двухкорпусные танкеры типа «Самотлор» Приморского пароходства в ледовых условиях Арктики (рис. 5).

Танкерные мидель-шпангоуты
Рис. 4 Мидель-шпангоуты танкеров типа «Победа» с двойными бортами и днищем: а — DW 65 тыс. т; б — серий 1—3 (пр. 20070); в — серий 4 и 5

На СМП несколько лет эксплуатируются два финских дизель-электрических танкера с двойными корпусами и без рулей. Средства улучшения маневренных характеристик суднаУправление судами осуществляется с помощью устройства Азипод. Моторы на этих танкерах помещены во вращающихся капсулах, установленных под кормой снаружи корпуса (рис. 6). Эти моторы вращают винты, и поворотом всей капсулы достигается изменение направления потока воды от вращения винтов. Такое устройство позволило улучшить управляемость танкеров при движении во льдах.

Большие танкеры с дизель-электрическими установками успешно эксплуатировались еще во время войны (Т-2). В ряде случаев, особенно на танкерах ледового плавания, они дают определенный эффект. При разработке Конвенции 1973 г. по предотвращению загрязнения из-за утечки нефти при авариях танкеров путем устройства двойных бортов и двойного дна дополнительно были рассмотрены вопросы расположения продольных и поперечных переборок с целью минимальной утечки жидких грузов из грузовых танков в случае столкновений, посадки на грунт и ледовых повреждений (см. рис. 2).

Двухкорпусный танкер "Самотлор"
Рис. 19 Танкер-продуктовоз типа «Самотлор» ледового плавания с двойными бортами и днищем

Использование двухкорпусных танкеров привело к значительному увеличению веса их корпуса, на который главные размерения танкеров оказывают большое влияние. Вследствие требований к ограничению осадки при L/B = 5,5 — 6,0 масса корпуса при достаточной его прочности должна быть минимальной.

Схема танкера для плавания во льдах
Рис. 6 Арктический танкер с двойным корпусом и без руля (установка Азипод)

В последние годы на новых танкерах устраиваются танки чистого балласта, и забортную воду при ходе порожнем принимают только в эти танки, которые в грузу остаются пустыми. Совсем по-новому решается вопрос балластировки на двухкорпусных танкерах, на которых междукорпусные объемы оставляют всегда пустыми, а при балластных переходах заполняют забортной водой. Это делается с целью увеличения осадки, так как плавание на волнении с малой осадкой создает трудности.

Во время штормового волнения суда испытывают сильные удары носом о воду. Механизмы из-за оголения винтов при качке не могут нормально работать, а КПД движетелей резко снижается. Танкеры — это узкоспециализированные суда, перевозящие сырую нефть и продукты, полученные путем ее переработки. Весовые характеристики перевозимых ими грузов различны, так же как различны и их коррозионные воздействия на корпусные конструкции. Наибольшая коррозия наблюдается на танкерах, перевозящих бензин. Вообще же, на всех танкерах коррозия больше, чем на сухогрузных судах.

Результаты последних исследований позволяют получить основания для проектирования новых конструктивных типов танкеров, более надежных с точки зрения предотвращения утечки нефтепродуктов.

Особое внимание при разработке конструкций наливных судов обращают на уменьшение коррозии и обеспечение детального осмотра внутренних поверхностей. При этом необходимо обеспечить простой, надежный уход за поверхностями конструкций, особенно на двухкорпусных танкерах, площадь конструкций балластных танков которых значительно больше, чем на старых танкерах. На VLCC она в два раза больше, чем на однокорпусных танкерах, и достигает 200 тыс. м².

Традиционно двухкорпусные танкеры для уменьшения площади коррозирующих связей имеют основной набор в междубортном пространстве. На некоторых из них, кроме этого, палубный набор располагается над верхней палубой (рис. 7). В результате набор внутри танков имеется только на продольных и поперечных переборках.

Чертеж поперечного сечения двухкорпусного танкера
Рис. 7 Поперечное сечение по грузовому танку двухкорпусного танкера с двойной продольной переборкой в ДП и палубным набором поверх палубы

Балластные танки между двумя бортами на традиционных двухкорпусных танкерах имеют затрудненный доступ. По этим же причинам их обслуживание ремонт и окраска сопряжены со сложностями. После приема балласта эти помещения бывают влажными, скользкими, грязными, для их очистки требуются значительные средства.

На двухкорпусных танкерах типа VLCC, заметно отличающихся от традиционных (рис. 8), удалось избавиться от многих недостатков. Они полностью удовлетворяют требованиям МАРПОЛ 73/78 и представляют собой двухкорпусные суда с двумя продольными переборками, двойным дном и двойными бортами (рис. 8). В отличие от судов традиционного проекта объемы между бортами на новых танкерах всегда остаются пустыми, доступными для осмотра и обнаружения утечки горючего из грузовых танков. Танки чистого балласта располагаются в двух районах по длине судна на части ширины корпуса по бортам до продольных переборок. Для приема балласта используются, как на традиционном танкере, также форпик и ахтерник.

Схема расположения и назначения танков на судне
Рис. 8 Двухкорпусные танкеры

Как видно из рисунка, балластные танки делают по всей высоте борта, от палубы до днища, а двойное дно в них отсутствует. Таким образом, осмотр и очистка балластных танков дополнительно упрощаются. По ширине эти танки располагаются только от продольных переборок до бортов, и в них нефтепродукты никогда не перевозятся; в грузу они остаются пустыми, поэтому доступны для осмотра и восстановления окраски в местах ее износа. Как известно, коррозия в танках водяного балласта — основная причина повреждения конструкций танкеров и утечки грузов. Все места повышенной коррозии балластных танков на новых танкерах хорошо доступны для обнаружения начальных усталостных трещин. Площадь же поверхности обшивки и набора много меньше, чем на традиционных двухкорпусных танкерах. Если еще вместо обычной продольной системы набора использовать стрингерную систему Бубнова (рис. 9), можно уменьшить количество потенциально опасных мест с повышенной концентрацией напряжения.

Стрингерная система судового набора
Рис. 9 Мидель-шпангоут двухкорпусного танкера-химовоза с русской системой набора (стрингерная система)

По данным Регистра Ллойда, за период с 1959 по 1968 г. было 13 379 аварий с танкерами. Позже их число резко сократилось и за 1979—1988 гг. произошла только 691 авария, несмотря на увеличение числа танкеров, находящихся в эксплуатации. При этом аварийный разлив нефти с 1,12 млн т в 1981 г. уменьшился до 0,27 млн т в 1989 г. В последующие годы объемы утечки нефти с танкеров продолжали сокращаться. Значительную роль в этом сыграло повышение безопасности эксплуатации танкеров. Норвежские судовладельцы считают, что уменьшение утечки грузов с танкеров за счет мер по обеспечению безопасности даст в 4—5 раз больше эффекта, чем сможет дать усовершенствование требований по устройству двухкорпусных танкеров.

На многочисленных международных конференциях регулярно подвергаются обсуждению результаты эксплуатации двухкорпусных танкеров. В последние годы все больше внимания уделяется вопросам уменьшения утечки нефтепродуктов при столкновении танкеров с другими судами, а также при посадке на грунт. Разрабатываются новые конструкции танкеров, позволяющие увеличить их сопротивляемость при ударах до появления трещин, сопровождающихся началом утечки, а также дополнительные конструктивные меры по увеличению сопротивляемости конструкций при столкновении и при посадке на мель. Этому способствует изучение поведения конструкций на больших моделях, подвергающих воздействию ударных нагрузок, что значительно проще, чем на самих танкерах, из-за их громадных размеров.

В ходе испытаний крупномасштабных моделей, представляющих собой несколько отсеков танкера, определяют несущую способность различных конструкций с целью выбора наиболее надежных. Конструкции после получения больших остаточных деформаций и разрывов должны сохранять непроницаемость.

Предлагается к прочтению: Судостроительные чертежи и конструкторские документы по принятым стандартам

Особое внимание в свое время уделялось испытанию моделей с разными системами набора. Обычная продольная система набора с поперечными балками сравнивалась с такой же системой без поперечного набора. Испытывались также конструкции со стрингерной системой набора, которая по предложению проф. И. Г. Бубнова в начале XX в. использовалась на кораблях русского военного флота для двойного дна и бортов, однако без достаточных оснований была заменена на систему набора с большим числом продольных балок, идущих по днищу и по настилу второго дна в одной вертикальной плоскости. Эти балки опираются на поперечные рамы (флоры), проходя через отверстия в них (см. рис. 3).

На моделях проверялась также стрингерная система набора по днищу и продольная система по всему поперечному сечению, состоящая из одних продольных балок без поперечных рам. Моделировался нос ударяющего судна, который при столкновении (удар о борт) проникал внутрь ударяемого судна танкера с разными системами набора. Удар наносился в борт по середине длины танка под прямым углом к плоскости борта Mizukami, Mozsaga и др. Столкновения двухкорпусного танкера с набором одного направления. Prosieding of the Sexth. ТОРЕС (1995)1. Изучались деформации, повреждения и разрушение внутреннего борта.

При ударе происходит разрушение наружного борта с большим деформированием элементов конструкций. Наружная обшивка начинает разрушаться около верха и низа проникающего бульба ударяющего судна (рис. 10).

Повреждение обшивки судна при столкновении
Рис. 10 Схема соударения при столкновении: а — прямой удар; б — расчетная схема; в — образование складок в конструктивной защите борта

После прямого разрушения наружной обшивки вокруг места удара начинают разрушаться листы внутренней обшивки.

Сравнительные данные поглощения энергии удара в борт при разных системах набора конструкций до момента начала разрушения, способного вызвать утечку нефтепродуктов из грузовых танков, дают основания считать целесообразным использование продольной системы набора без поперечных балок.

Танкеры для Арктики

Во время зимней ледовой навигации 1998 г. в Охотском море танкер типа «Самотлор» Приморского морского пароходства во время подвижки льдов в районе порта Нагаево был выжат на мель на прибрежные камни, в результате чего получил серьезные повреждения корпуса. Однако наличие двойного корпуса позволило избежать утечки груза, так как внутренний корпус при аварии сохранил непроницаемость. Танкер во время аварии имел полный груз горючего и после передачи части его другим танкерам был снят с мели и своим ходом проследовал к месту выгрузки оставшейся на борту части груза. Эксплуатация танкеров типа «Самотлор» и «Уикку», в том числе во льдах, показала, что наличие двойных бортов является надежной защитой от утечки.

Утечка горючего из грузовых танков на двухкорпусных танкерах обычно ограничивается перетеканием груза в балластные танки в двойном дне и двойных бортах и ведет к интенсивной коррозии. Осмотр же этих помещений, очистка и ремонт встречают большие трудности, поэтому и предложен новый тип танкеров с парными танками чистого балласта, расположенными по бортам, не имеющими двойного дна и двойных бортов (см. рис. 8).

Несмотря на положительный опыт эксплуатации двухкорпусных танкеров, продолжается процесс усовершенствования их конструктивных типов, а также разрабатываются мероприятия по уменьшению коррозии и износа наружной обшивки. Установлено, что износ обшивки танкеров ледового плавания пропорционален действующим внешним ледовым нагрузкам.

В Восточной Арктике на него влияет также:

  • работа на мелководье, сопровождающаяся ударами льда, уходящего под корпуc;
  • и трением взвешенных частей грунта о наружную обшивку.

Большую опасность для танкеров представляют трещины в районах с повышенными местными напряжениями. Эти трещины трудно обнаружить в грязных, сырых, высоких помещениях между бортами, и поэтому возможно их распространение на большие расстояния. Во время же плавания в жестоких штормовых условиях эти трещины, возникнув, могут распространиться даже до полного перелома корпуса, как это произошло в январе 1997 г. на танкере «Находка».

Труднообнаруживаемые источники трещин возникают в районе действия повышенных местных напряжений как результат усталости материала. Они могут распространяться и как хрупкие при больших динамических нагрузках. До сих пор в корпусах судов во время эксплуатации появляются многочисленные повреждения, максимальное количество которых наблюдается после 10—15 лет эксплуатации судов. В дальнейшем их число уменьшается (подробнее см. статью «Местная прочность и проектирование отдельных корпусных судна»). Кроме опасности распространения трещин, уменьшающих прочность корпуса на танкерах, происходит еще и утечка груза, а это грозит возникновением пожаров и взрывов.

Изучение опыта эксплуатации 12 двухкорпусных танкеров типа «Самотлор», сданных в эксплуатацию с 1973 по 1978 г., показало, что с самого начала во время движения во льдах возникли многочисленные повреждения.

Изучение более чем двадцатилетнего опыта эксплуатации этих танкеров, особенно в тяжелых условиях Восточной Арктики, позволило уточнить требования к двухкорпусным танкерам, работающим во льдах Арктики. Основным требованием для них является ограничение осадки, что позволит судам заходить в устья рек и в мелководные прибрежные районы СМП и северные проливы.

Как показали подробные исследования, проведенные д-ром техн. наук Л. Г. Цоем, для танкеров, плавающих по СМП, целесообразно иметь осадку не более 9,2 м и водоизмещение около 24 500 т.

Суда типа «Самотлор» и «Уикку» многие годы также доставляют горючее в устья сибирских рек:

  • Хатанга,
  • Лена,
  • Яна,
  • Индигирка,
  • Колыма,
  • Анадырь, как с востока, так и с запада.

В глубинные районы Сибири горючее с морских танкеров перегружается на речные танкеры и танкеры смешанного плавания, специально спроектированные для этих целей.

Уникальный опыт накоплен по эксплуатации дизельных танкеров типа «Самотлор» и особенно дизель-электрических типа «Уикку», на последних установлено устройство Азипод (см. рис. 6). Поворот судна осуществляется с помощью разворота капсулы Азипода с винтом, и надобность в руле отсутствует.

Благодаря этому удается вовремя избегать столкновения танкера с кромкой льдов в канале при следовании за ледоколом и с отдельно плавающими льдинами.

Установки Азипод уже устанавливаются и на ледоколах. Они позволяют успешно разрушать лед на заднем ходу. В настоящее время в Финляндии разработан проект ледокола с Азиподами, который должен ломать лед и на заднем ходу. В этом случае гребной винт будет выполнять роль омывающего корпус устройства.

Будет интересно: Напряжения в корпусе судна при его общем продольном изгибе

Танкеры «Уикку» и «Лунни» были модернизированы путем установки Азипод. Эта модернизация вполне себя оправдала в течение нескольких лет работы судов на СМП в условиях продленных навигаций. В течение работы в первую летнюю навигацию после модернизации в 1993 г. танкер «Лунни» сделал три рейса из Архангельска в реку Яну, а в 1994 г. в короткое арктическое лето танкеры с Азиподом впервые достигли с запада по СМП Берингова пролива.

В конце апреля 1995 г. и 1998 г. танкер «Уикку» в устье Оби с промыслов Ямала принял груз газового конденсата для Европы. Загрузка танкера велась по временному трубопроводу длиной 4 км, смонтированному на поверхности ледовых полей. Эти рейсы показали, что с помощью мощных ледоколов возможна круглогодичная навигация в Обскую губу. В апреле в этих районах ледовые условия наиболее тяжелые. Вся операция производилась с помощью атомных ледоколов.

Стоимость постройки танкеров с двойными корпусами в 1990—1991 гг. была на 20—25% больше, чем однокорпусных. Решение ИМО об увеличении размеров компенсаций странам, пострадавшим от разливов с аварийных танкеров, может вызвать дополнительное увеличение их стоимости. Япония получила за аварийный разлив жидкого груза с танкера «Находка» компенсацию в размере 220 млн долл.

Танкеры для транзитного плавания по СМП, имея ограничения по осадке, должны иметь согласованные с этим ограничениями другие основные размерения.

Арктические танкеры, которым придется круглогодично доставлять горючее с шельфа Баренцева моря в Приразломном и Тиман-Печорском районах, могут иметь большую осадку и соответственно большее водоизмещение. Дедвейт таких танкеров может достигать 100 тыс. т.

В России первые танкеры с двойными корпусами (только двойное дно) начали строиться в конце 70-х годов. Позже, в 1982 г. в Херсоне был уже построен танкер-продуктовоз «Дмитрий Медведев» с двойным дном и двойными бортами и с гофрированной переборкой в ДП. Оба типа этих танкеров не предназначались для плавания во льдах, однако опыт их эксплуатации, а также двухкорпусных танкеров типа «Самотлор» позволил разработать более совершенный тип двухкорпусных танкеров ледового плавания для СМП, строительство которых уже ведется в Санкт-Петербурге. Новые танкеры предполагается строить без килеватости, которая многие годы сохранялась как на сухогрузных судах, так и на танкерах. Перестали на всех судах выполнять и скругление в районе перехода палубного стрингера в ширстрек.

Пополнение танкерного флота России, в том числе за счет выполнения заказов на заграничных верфях, совершенно необходимо, поскольку устарела конструкция большинства танкеров, находящихся в эксплуатации.

Пополнение в составе танкеров, предназначенных для эксплуатации на СМП, необходимо потому, что часть их (типа «Самотлор») оказалась во владении еще и Латвии, оставшиеся не справляются с объемом перевозок горючего вдоль СМП во время летней навигации. Поэтому приходится арендовать финские и латвийские танкеры.

Из-за необходимости прохода через черноморские проливы и захода в мелководные порты Балтики потребовалось ограничить дедвейт отечественных супертанкеров с двойным дном 180 тыс. т (см. рис. 3). Более экологически безопасными являются танкеры типа «Самотлор», «Уикку» и «Победа», которые имеют дополнительно и двойные борта (см. рис. 4, 6).

В последние годы много внимания уделяется новым конструктивным предложениям, заключающимся в устройстве двухкорпусных и двухпалубных танкеров. Предлагается вторую палубу располагать ниже ватерлинии судна в грузу, и жидкий груз при повреждениях в нижней части корпуса водой выдавливается в танки, расположенные под палубой. При этом вода заполняет подпалубные отсеки.

Несмотря на узкую специализацию танкеров по роду перевозимого жидкого груза, их часто используют для перевозки зерна. Этот способ получил название «русского способа перевозки зерна», поскольку впервые был осуществлен отечественными капитанами.

Стандартное кормовое расположение машинного отделения танкеров вызвано желанием вынести его за пределы грузовых отсеков, что повышает безопасность судов, перевозящих опасные грузы.

Корпус танкеров разделяется одной, двумя или тремя продольными переборками и большим числом поперечных переборок. Переборки образуют многочисленные грузовые отсеки для разных сортов жидких грузов, уменьшают их свободную поверхность, что положительно сказывается на остойчивости. В последние годы расстояние между поперечными переборками принимается значительно большим, чем делалось раньше. Переборки на наливных судах могут быть:

  • непроницаемыми, не пропускающими воду и другие жидкости (рис. 11);
  • проницаемыми с большим количеством отверстий (рис. 12).
Чертеж непроницаемой переборки танкера
Рис. 11 Конструкция поперечной переборки танкера (D-49 900 т). 1 — стойка переборки; 2 — продольное ребро жесткости продольной переборки; 3 — продольное ребро жесткости борта

Такие переборки устанавливаются с целью уменьшения динамических нагрузок в результате перемещения жидкостей внутри судна при большом расстоянии между непроницаемыми переборками. Иногда их делают двойными (рис. 13). Установка промежуточных проницаемых поперечных переборок позволяет значительно увеличить расстояние между непроницаемыми поперечными переборками, а установка дополнительной проницаемой продольной переборки целесообразна только на очень широких супертанкерах.

Чертеж проницаемой переборки судна
Рис. 12 Отбойная поперечная переборка танкера

Расчетные давления на конструкции, ограничивающие отсеки для жидких грузов и балласта на наливных судах, определяются в зависимости от их размеров и степени заполнения. Под отсеком понимают танк или часть танка между эффективными переборками. За такие переборки принимают как проницаемые, так и отбойные с общей площадью вырезов в них менее 10% площади переборки.

Чертеж двойной судовой переборки
Рис. 13 Двойная отбойная (противоударная) поперечная переборка

В последние годы в крупные морские порты по экологическим соображениям не допускаются суда, возраст которых превышает 15 лет. Это ведет к ограничению сроков их эксплуатации и к созданию конструктивных типов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию судов в течение срока их эксплуатации. В конце апреля 1998 г. для осуществления международных экспериментальных исследований по организации круглогодичного плавания в Обскую губу танкеров по Проекту Евросоюза ARCDEV был осуществлен экспериментальный рейс в устье Оби. Вновь выбор пал на танкер «Уикку» с Азиподом (рис. 14). В экспедиции впервые приняли участие многочисленные представители иностранных организаций, ЦНИИМФа, Института Арктического и Антарктического НИИ и ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова.

Схемы проектов танкеров
Рис. 14 Танкер двойного действия (Double Acting Tanker — DAT)
Носовые обводы танкера оптимальные для плавания на чистой воде, а в ледовых условиях судно двигается кормой вперед:
  • а — проект танкера «Ob-Мах» дедвейтом 40 000 т с осадкой 9 м для круглогодичного плавания по Оби;
  • б — проект танкера «Pechora Tanker» дедвейтом 90 000 т для Арктики до реки Печора

В результате выполнения международного экспериментального рейса вокруг северной оконечности Новой Земли в Обскую губу и через Карские Ворота при возвращении в Мурманск сделаны следующие основные выводы:

  1. Наличие мощных атомных ледоколов и опыт дают возможность надежно обеспечить круглогодичную навигацию в западной части Арктики в Баренцевом и Карском морях и продленную навигацию на всем СМП;
  2. Перспективные конструктивные типы танкеров для упомянутых целей должны иметь ледовый класс не ниже категории УЛА Российского Морского Регистра судоходства и гарантировать высокую маневренность;
  3. Танкер «Уикку» по прочности, форме корпуса и мощности близок к российским танкерам ледового плавания типа «Самотлор», однако обладает значительно лучшей поворотливостью, а значит и управляемостью. Поэтому в будущем использование устройства Азипод весьма перспективно как для транспортных судов ледового плавания, так и для ледоколов. Речной ледокол, построенный для Дуная с Азиподом, положительно зарекомендовал себя при работе в речных льдах.

Исследования иностранных ученых подтверждают необходимость ограничивать осадку для танкеров, заходящих в Обскую губу, 9 м.

Последние исследования, касающиеся экономических перспектив эксплуатации новых танкеров в Арктике во льдах и на чистой воде, предполагают значительное увеличение эксплуатационных расходов в связи с новыми мерами, предпринимаемыми с целью предотвращения утечки жидких грузов. Предполагалось, что до 2000 г. затраты на конструктивные меры удвоятся и капиталоемкость новых судов увеличится более чем на 50%.

Стоимость двухкорпусных танкеров в настоящее время на 20—30% больше, чем однокорпусных, однако в результате новых конструктивных решений эта разница будет уменьшаться.

Обеспечивая высокую надежность танкеров с двойными корпусами, необходимо искать способы уменьшения стоимости их постройки при одновременном улучшении эксплуатационных качеств.

На основе четырех лет эксплуатации головного судна серии танкеров типа «Самотлор» работники ДВПИ под руководством одного из авторов разработали проект подкреплений. Расчетные нагрузки для новых конструкций впервые определялись по величине остаточных деформаций, полученных заменяемыми конструкциями во льдах. В 1981 г. проект подкрепления был осуществлен на 3 из 12 судов серии. Позже реконструкция была проведена и на остальных.

Недостаточная прочность отделочных конструкций проявлялась в разное время, обычно в наиболее сложных ледовых условиях плавания, но потребовалось несколько лет, чтобы выявить дефектные конструкции. Работники технических служб пароходств к модернизации потенциально недоброкачественных узлов прибегают лишь после появления в них повреждений. Часто при возникновении остаточных деформаций, больше допустимых Правилами, суда продолжают эксплуатироваться до очередного обязательного осмотра инспекторами нормативных организаций. Исключения бывают при появлении трещин и пробоин. При ликвидации повреждений Правилами рекомендуется проводить модернизацию, однако порой нарушения водотечности ликвидируют путем восстановления первоначальной конструкции без предъявления инспекторам Регистра.

Предлагается к прочтению: Особые случаи докования судов

Данные эксплуатации судов свидетельствуют о том, что количество повреждений достигает максимума через 10—12 лет. После этого число их уменьшается, поскольку за это время большая часть дефектных конструкций обозначила себя.

Наибольшее количество повреждений на судах ледового плавания обнаруживается в наиболее тяжелые по ледовитости годы. Таким годом, например, в Восточной Арктике был 1983 г. Тогда во время летней ледовой навигации только на танкерах типа «Самотлор» было зарегистрировано свыше 200 случаев повреждений корпусных конструкций. Чаще всего повреждениям подвергались конструкции в носовой оконечности в районах с ледовыми подкреплениями.

Были обнаружены повреждения также в подводной части форпика в местах, которыми танкер соприкасался с поверхностью кормовой ниши ледокола во время проводки во льдах вплотную — «на усах». Много повреждений имело место в районах перехода носовой оконечности в цилиндрическую вставку. Последние вызывались касанием корпуса кромок канала во льдах при следовании за ледоколом во время отклонений от курса из-за сложностей с управлением. Наблюдаются повреждения и в плоской части днища от льда, уходящего под корпус.

Теплоход «Северная звезда»
Спуск на воду пассажирского теплохода «Северная звезда»
Источник: Foter.com

Уже много лет предлагаются подкрепления в носовой оконечности транспортных судов ледового плавания распространять на большей площади по днищу. Это объясняется тем, что при движении судна порожнем с дифферентом, особенно на мелководье, возможны повреждения при посадке на грунт через лед, уходящий под корпус. Такие случаи наблюдаются довольно часто в мелководной Восточной Арктике. Иногда они сопровождались серьезными повреждениями обшивки и набора.

Данные по фактическому износу корпусных конструкций и изучение их повреждений на танкерах типа «Самотлор», а также использование современных методов определения действующих внешних нагрузок по остаточным деформациям и расчет по ним конструкций, используемых при модернизации, позволяют учитывать прочностные характеристики новых танкеров.

Отдельно необходимо рассмотреть вопрос создания корпусов с равнопрочными конструкциями. Для этого можно использовать расчеты предельной прочности для конструкций танкеров типа «Самотлор», которые апробировались в ходе их эксплуатации. Как показали эти расчеты, надежность разных конструкций танкеров значительно отличается: одни конструкции из-за износа получают повреждения очень быстро, а надежность работы других оказывается чрезмерной. В то же время достаточная надежность всех конструкций должна равняться сроку эксплуатации судна до его списания.

При проектировании новых танкеров за основу можно взять расчеты надежности для конструкций анализируемых танкеров «Самотлор» после определения их требуемой равнопрочности с учетом их фактической коррозии и износа во льдах. Это будет правильно, так как главные размерения проектируемых танкеров будут мало отличаться от взятых за прототип. Старые Правила Регистра при назначении размеров конструкций исходили из предположения их равномерного износа и коррозии.

Провозная способность танкерного флота с ледовыми подкреплениями по мере старения отечественных и финских танкеров в ближайшем будущем будет резко снижаться, и угроза утечки горючего значительно возрастет.

При строительстве новых танкеров России особое внимание необходимо обращать на передачу горючего с линейных танкеров в устьях рек на танкеры смешанного плавания или на речные танкеры и наоборот. Практикующаяся в устье Енисея и Оби перегрузка горючего с речных судов и судов смешанного плавания часто также сопровождается утечкой груза. Так, в Дудинке в устье реки Енисей с речного танкера, пришедшего с горючим с нефтеперегонных заводов в верховьях реки, 12 августа 1994 г. при передаче горючего на финский танкер «Уикку» произошла утечка из поврежденного при швартовке корпуса танкера.

Требуется принимать меры предосторожности и при приеме с берега и передаче на берег горючего по временным трубопроводам. Отмечается, что во время приема горючего на морские танкеры в ледовых условиях очень сложно обеспечить герметичность трубопроводов, проложенных с берега на судно по льду. При этом особое внимание надо уделять обеспечению герметичности соединений шлангов и их защите от повреждений.

Наибольшее количество повреждений конструкций на танкерах ледового плавания возникает в тяжелые по ледовитости годы. Установлено, что с возрастом ускоряется ледовый износ, но уменьшается коррозия. Износ больше там, где действуют большие нагрузки.

При этом имеются три зоны повышенного износа:

  • в носу (0—1-й шп.);
  • в районе перехода к цилиндрической вставке (3—6-й шп.);
  • в середине длины (8—14-й шп.).

Повышение скорости износа конструкций днища свидетельствует о больших нагрузках от льда, уходящего под корпус, в условиях мелководья и посадки на грунт через лед, что значительно увеличивает действующую нагрузку по сравнению со свободным продвижением судна во льдах на глубокой воде.

Как показала практика эксплуатации танкеров «Самотлор», прочность листов обшивки рассчитана на весь срок эксплуатации. Заменяются конструкции чаще всего по причине потери устойчивости плоской формы набором, при этом надежность работы обшивки полностью не используется.

Несовершенство методов определения, предельных ледовых нагрузок связано со сложностью установления влияния размеров зоны приложения нагрузки и обводов корпуса. Поэтому к полученным результатам при расчете долговечности отдельных конструкций следует относиться осторожно. Тем не менее заложенные во время проектирования конструкций цифры оказались завышенными. В действительности сроки работы конструкций до момента исчерпания их надежности оказались значительно меньше, чем предполагалось.

Читайте также: Восприятие корпусными конструкциями внешних нагрузок, действующих на судно

Особое внимание следует обращать на возможность потери устойчивости плоской формы изгиба набора, сопровождающейся его завалом. Наблюдались многочисленные случаи, когда стрелка завала набора превышала его деформации в плоскости этого прибора. Это свидетельствует о необходимости принятия мер с целью увеличения сопротивляемости набора к полеганию при его изгибе в своей плоскости даже после незначительного износа. Данное явление часто сопровождается разрывами обшивки или появлением трещин.

В расчетах размеров конструкций по всей длине корпуса танкеров типа «Самотлор» учитывали изменения размеров деталей корпусных конструкций, углы обводов корпуса и зоны нагрузки с учетом 20-летних. Срок их надежности оценивался по достижении предельной нагрузки, вызывающей быстрое увеличение прогибов и уменьшение прочности.

Во время проектирования без достаточных на то оснований сроки надежной эксплуатации одних конструкций были завышены, а других, наоборот, занижены. В результате возникали повреждения в отдельных конструкциях раньше, чем судно выводилось из эксплуатации.

Проведенные расчеты показали, что для танкеров типа «Самотлор» прочность обшивки была завышена до 40%, а набора, наоборот, значительно занижена. Поэтому при модернизации с целью продолжения эксплуатации танкеров Приморского морского пароходства особое внимание необходимо уделить набору и учесть результаты многолетних исследований, выполненных в ДВГТУ (ДВПИ), по изучению данных эксплуатации танкеров в Восточной Арктике. Эти работы позволяют сделать ряд дополнительных рекомендаций к существующим положениям Правил Регистра.

В последних отсутствует учет некоторых режимов работы судов во льдах, таких, например, как:

  • движение танкеров вплотную за кормой ледоколов;
  • посадка на грунт через лед, отбрасываемый под корпус винтами ледоколов при движении за ледоколами;
  • посадки на грунт через лед при самостоятельном движении во льдах на мелководье;
  • околка ледоколами при застревании судна во льдах при следовании в караване.

Совершенно очевидно, что только изучение многочисленных случаев повреждений корпусных конструкций танкеров позволит обеспечить создание конструкций, способных сопротивляться фактическим ледовым нагрузкам, возникающим в нормальных условиях эксплуатации при принятой тактике проводок во льдах, в конкретных географических условиях.

Для более широкого использования СМП, открытия круизных рейсов в Арктике и Антарктике проводятся исследования условий плавания. Для этой цели используются специальные исследовательские суда ледового плавания. Так, исследовательский ледокол «Академик Федоров» регулярно проводил изучение условий плавания и ледовые нагрузки на корпус судна в Антарктике, а в 1994 г. — в Арктике. Сравнение условий плавания в двух арктических районах выявило различия в условиях плавания из-за разных ледовых условий, которые необходимо учитывать при проектировании судов.

Транспортное судно Inishowen Head
Подготовка судна «Inishowen Head»
Источник: Foter.com

Большую пользу дала операция по спасению судна ледового плавания «Михаил Сомов» ледоколом «Владивосток» в 1986 г. из ледового плена. Подвижки льдов под воздействием ураганных ветров создают угрозу их прочности в Антарктике.

В 1996 г. с целью исследования условий плавания в высоких широтах Арктики на двух ледоколах береговой охраны Канады и США было осуществлено плавание через Северный полюс и Берингов пролив из Тихого океана в Америку.

Вообще ураганы (циклоны), обладающие фантастической силой, способствуют возникновению повреждений, а иногда и приводят к гибели судов. Благодаря современным средствам удается вовремя оповещать суда в море о движении ураганов, что в большинстве случаев позволяет избежать их попадания в центр циклона. Однако практика знает случаи, когда ураганы резко изменяют направления движения и перемещаются не «по правилам».

Во время экспедиционного рейса т/х «Пестово» группа исследователей ДВПИ попала в районе Алеутских островов в центр циклона.

В течение трех дней все конструкции, прошедшие модернизацию перед рейсом с целью снижения концентрации местных напряжений, вновь были разрушены, так как не удалось избавиться от больших местных напряжений, хотя рекомендации Правил Регистра были учтены. Особая опасность во время ураганов грозит установкам на шельфе, стоящим на якорях или на грунте, не способным маневрировать. Поэтому при проектировании этих установок необходимо учитывать особенности их эксплуатации во избежание гибели, как это произошло с норвежской установкой «Александр Хьюланд» в Северном море.

Суда, плавающие на волнении, подвергаются воздействию продольной и поперечной качки, во время которых на корпус действуют большие резкие ударные нагрузки на днище в носу, в развалы бортов и при выкатывании волн на открытую палубу (рис. 15). Кроме этого, при качке происходят сотрясения корпуса в результате оголения винтов, что сопровождается нарушением работы главных механизмов. Все перечисленные динамические воздействия вызывают вибрацию корпуса, частота которой много больше частоты колебаний при продольной качке. Вибрация при сильных знакопеременных колебаниях может послужить причиной усталости материала конструкций даже при малом количестве циклов (малоцикловая усталость).

Повреждение судна при сильном волнении
Рис. 15 Воздействие волн на палубный груз: а — удар волн при заливаемости палубы; б — последствия удара

Во время жестоких штормов при низкой температуре воздуха, когда крен достигает 50 °С и судну приходится маневрировать, чтобы избежать столкновений с плавающими льдинами, создается угроза его гибели. Так, в 1975 г. только благодаря энергичным умелым действиям команды теплохода «Лара Михеенко» (типа «Пионер») удалось спасти судно, которое попало в такую ситуацию у берегов Чукотки, от гибели. В такие же условия в тех же районах попали два других судна типа «Пионер», «Витя Челенко» и «Борис Цариков». Оба судна получили опасные повреждения в углах грузовых люков, вызванные наличием в этих районах высокой концентрации напряжений.

Главные механизмы танкеров ледового плавания

На современных танкерах ледового плавания, работающих во льдах Арктики, в качестве главных двигателей используют среднеоборотные дизели с передачей с помощью редукторов на винт, а в качестве движителя устанавливают гребной винт преимущественно регулируемого шага (ВРШ). Главные двигатели (ГД) имеют частоту вращения от 420 до 800 об/мин, гребные же винты после редуцирования оборотов имеют частоту вращения от 140 до 170 об/мин.

Такие главные двигатели установлены, например, на всех танкерах типа «Самотлор».

На финских танкерах типа «Уикку» используются дизель-электрические установки (ДЭУ), моторы которых обеспечивают необходимое число оборотов винта электрическими средствами. Использование ДЭУ позволяет высвободить дополнительные объемы для размещения грузов в трюмах судна. Наилучшим образом это достигается за счет установки Азипод. Два танкера типа «Уикку» были модернизированы, и на них были смонтированы Азиподы. Вынесение моторов в капсуле на них за пределы корпуса обеспечило значительное уменьшение размеров машинного отделения, улучшилась доступность к грузу и уменьшилась общая длина судов. За счет этих мероприятий уменьшается стоимость постройки судна. В значительной степени повысилась возможность изменения режимов работы, что очень важно в ледовых условиях.

Благодаря уменьшению размеров машинного отделения и иному расположению механизмов по высоте создаются новые условия для размещения грузов в корпусе судна. ДГ могут располагаться даже на высокой платформе или верхней палубе в надстройке, а гребные моторы — в капсуле под кормой. Отпадает необходимость устройства в корме длинного гребного вала со сложным дейдвудным устройством.

Размещение ДГ в более высоких помещениях позволяет при постройке судна приступить к их установке на четыре-шесть месяцев позже, это уменьшает строительные расходы.

Переменные режимы работы дизелей на судах с редукторами способствуют выделению большего количества вредных газов, чем при ДЭУ, когда дизель-генераторы при постоянной частоте вращения работают около оптимального режима.

Повышение температуры отходящих газов ДЭУ улучает возможности использования тепла для выработки пара с целью обогрева груза и балласта без дополнительных затрат. Кроме этого, стоимость запчастей при установке ДЭУ сокращается почти на 20% по сравнению с ДРУ при одинаковых мощностях.

Наличие ДЭУ на танкерах упрощает разгрузку их с помощью электронасосов в любом порту.

Сравнение танкеров типа «Самотлор» и «Уикку» до установки на последних Азипода показывает, что их экономичность была почти одинаковой. Установка Азипода повысила эффективность финских танкеров и улучшила их управляемость, что очень важно для плавания во льдах и особенно за ледоколами. Это подтвердила проводка танкера «Уикку» зимой 1998 г. в Обскую губу во время международного экспериментального рейса.

В результате подробных исследований, выполненных в Финляндии Квернер Маса-ярдс (KMY), разработаны танкеры «двойного действия» (DubleActing Tancer, DAT), способные эффективно работать как на чистой воде, так и во льдах. На них установлено устройство Азипод, которое располагается под кормой в виде обтекаемой капсулы с электромотором, вращающим винт.

Рекомендуется к прочтению: Ремонт судов из стеклопластика

Руль в этом случае не нужен, и судно управляется путем вращения на 360 ° капсулы. Капсула с винтом имеет форму и прочность, обеспечивающие форсирование льдов при движении вперед кормой. Соответствующая ледокольная форма и у кормы. Считается, что форма носовой оконечности обеспечивает высокую скорость движения как на тихой воде, так и на волнении. Поток воды от винта при движении во льдах задним ходом обмывает корпус судна, уменьшая сопротивление. При этом винт располагается за капсулой Азипода, что предохраняет его от повреждения льдами.

Носовая оконечность танкера DAT обычной формы и не имеет мощных ледовых подкреплений. Мощность главных механизмов на танкерах DAT меньше, чем на обычных, а их управляемость во льдах много лучше. Срок эксплуатации танкеров в последние годы заметно увеличился до 25—30 лет.

Газовозы и химовозы

Газовозы и химовозы — это суда, предназначенные для доставки газоконденсата, сжиженного газа и химического сырья от мест их добычи к районам потребления в качестве топлива и исходного продукта для дальнейшей переработки. Сегодня во многих портах имеются специализированные хранилища жидких и газообразных грузов, откуда они поступают на суда.

Газоконденсат часто перевозят на обычных танкерах, а для доставки сжиженных газов используют специализированные суда, имеющие ряд конструктивных особенностей. Конструктивными особенностями обладают и суда, перевозящие химические материалы.

Наиболее распространены в настоящее время газовозы:

  • перевозящие сжиженный газ LNG (ликуид натшерел гэз — жидкий сжиженный газ);
  • и типов LPG (ликуид петрелиум гэз), перевозящие также сжиженный газ, но полученный в результате переработки нефтяного сырья (рис. 16, 17).

Конструкция газовозов сложнее, чем обычных нефтяных танкеров. Они своеобразные танки для газов. Постройка этих судов осуществляется главным образом в наиболее развитых в промышленном отношении странах с налаженным производством необходимого оборудования и располагающими значительными финансовыми ресурсами. На вновь строящихся газовозах используются усовершенствованные конструкции.

Газовозы типа LPG
Рис. 16 Газовозы (вид сбоку и сверху) с вкладными цистернами: а — цилиндрической формы типа «Юрмала»; б — прямоугольной формы типа «Смольный»

В будущем следует ожидать дальнейшего усовершенствования конструкций газовозов и химовозов в связи с появлением новых материалов, отвечающих повышенным требованиям прочности и безопасности мореплавания. На газовозах и химовозах уже широко используются нержавеющие стали, а также дорогостоящие покрытия. Однако это приводит к росту рыночной стоимости этих судов, которая обычно больше, чем стоимость танкеров и сухогрузов. Несмотря на это, мировой флот газовозов и особенно химовозов быстро увеличивается.

Чертеж продольного и поперечного разреза газовоза
Рис. 17 Расположение цистерн внутри корпуса газовоза

Усовершенствование корпусных конструкций является предметом обсуждения международными организациями. Особая роль в этом принадлежит международному конгрессу по конструкции судов и морских сооружений на шельфе (International Ship and Offshore Structures Congress, или ISSC). В 2000 г. в Нагасаки состоялся 14-й Конгресс, в комитетах которого широко обсуждались вопросы местной прочности и работы конструкций в условиях перегрузки, а также влияния эксплуатационных повреждений на резервы усталостной прочности отдельных конструкций в условиях чрезмерных нагрузок во время жестоких штормов.

Последнее обстоятельство требует внимательного установления работоспособности и надежности конструкций после нововведений во избежание возникновения повреждений, в том числе вследствие износа корпуса под воздействием агрессивного груза. Эту работу координирует комитет IV.2 упомянутого Конгресса.

Восстановление России в значительной степени зависит от разработки уникальных газовых месторождений на Ямале, а также на шельфе Печорского, Баренцева и Карского морей, в том числе по СМП. Результаты этих работ должны быть учтены при проектировании новых газовозов, предназначены для транспортировки газа.

Сравнительные детальные расчеты, выполненные Ленморнии-проектом при участии ЦНИИМФ, Мурманского морского пароходства и НИИГАЗ, показали преимущества морского транспорта при доставке сжиженного природного газа (СПГ):

  • по металлоемкости — затраты ниже в 2,7 раза;
  • по потребной мощности — затраты ниже в 1,8 раза;
  • требуемый отвод земельных угодий минимален;
  • численность обслуживающего персонала ниже в 2,9 раза;
  • обеспечивается экологическая безопасность.

В 1995 г. разработано технико-экономическое обоснование морского варианта доставки газа вместо трубопроводного с Харасавейского газоконденсатного месторождения полуострова Ямал. Проект получил премию на конкурсе «Российскому флоту — 300 лет». Транспортные затраты по доставке метана в Испанию и Германию с Ямала в 1,2—1,7 раза ниже, чем из Персидского залива.

Газовозы имеют двойные борта и двойное дно, играющие роль коффердамов (узких пустых отсеков корпуса), изолирующих цистерны с газом от наружной обшивки и набора основного корпуса. При аварийной утечке газ из газовых танков попадает в специальные временные емкости и находится в них до момента ликвидации аварии. Эти емкости представляют собой так называемый вторичный барьер, который не только задерживает газ во время утечки, но и предотвращает недопустимое переохлаждение судовых конструкций (см. рис. 31).

Газовозы в настоящее время перевозят газ более 20 видов, в связи с чем их конструкции существенно различаются. На суда газ доставляется после сжижения на берегу, позволяющего значительно уменьшить его объем. Так, природный газ (главным образом метан) в сжиженном виде имеет объем, меньший более чем в 600 раз объема в естественном состоянии. Сжижение природного газа проводят при атмосферном давлении путем его охлаждения до 110 К. Температура сжижения попутных нефтяных газов и аммиака — около 218 К, а для этана и этилена — около 169 К.

В зависимости от способа сжижения газов различают газовозы для перевозки газа:

  • сжиженного повышенным давлением при окружающей температуре;
  • сжиженного при одновременном повышении давления и охлаждении;
  • сжиженного охлаждением при атмосферном давлении до температуры кипения.

На газовозах, перевозящих газы, сжиженные повышенным давлением, используют прочные вкладные грузовые танки. Их размещают как на палубе, так и в трюмах. Танки изготавливают из углеродистой стали, так как давление в них обычно не превышает 2 МПа.

Читайте также: Общий продольный изгиб и общая продольная прочность корпусных конструкций судна

На газовозах, перевозящих газы, сжиженные путем одновременного повышения давления и охлаждения, вкладные танки изолируют и располагают их только в трюмах. Для изготовления конструкций этих танков используют термообработанную мелкозернистую нелегированную сталь, успешно выдерживающую температуру 223 К.

Газовозы, перевозящие газ, сжиженный при атмосферном давлении, оборудованы термоизоляционными мембранами и вкладными танками. Мембрана представляет собой тонкую металлическую внутреннюю поверхность обшивки корпуса судна с прочной изоляцией. Вкладные танки делают из алюминиевых сплавов, сталей, легированных никелем и хромом, или из специального сплава (инвара), который содержит до 36% никеля.

Вкладные танки могут иметь различную форму (рис. 18):

  • сферическую,
  • цилиндрическую,
  • призматическую,
  • шаровую.

Вкладные танки изготавливают из толстых холодокатаных металлических листов. Вторичного барьера в таких танках нет. Давление в них может доводиться до 3 атм.

Призматическая форма цистерн газовоза
Рис. 18 Форма цистерн газовоза в оконечностях, повторяющих обводы корпуса

Вероятность повреждения прочных вкладных танков незначительная, так как обычно их стенки находятся на некотором расстоянии от бортов и днища и почти всегда надежно защищены двойным дном и двойными бортами.

В последние годы строят газовозы с громадными сферическими цистернами, которые почти на половину высоты возвышаются над верхней палубой (см. рис. 19).

Цистерны, в которых перевозится газ, и их опорные конструкции рассчитывают на действие общих нагрузок, представляющих собой разность внешних и внутренних давлений, на действие нагрузок при качке (как инерционных, так и от переливающегося жидкого газа), а также на действие термических нагрузок.

Скорость газовозов должна быть достаточно большой, чтобы сократить продолжительность рейсов и, следовательно, уменьшить потери газа от неизбежного испарения. В последние годы строят газовозы, развивающие скорость 20—23 уз.

Размеры современных газовозов достаточно внушительны: их грузовместимость — более 130 тыс. м³.

Особенностью газовозов является наличие избыточного надводного борта, который способствует обеспечению прочности при общем изгибе, иначе при минимальном надводном борте, она была бы недостаточной из-за небольшой массы груза.

Навалочники (балкеры)

В соответствии с ГОСТ 15831—70 суда, получившие название «балккэриэров», балкеров или навалочников, предназначаются для перевозки массовых насыпных грузов в виде руды, угля, цемента, серы, удобрений, зерна, сахара, соли, бокситов или навалочных грузов в виде металлолома, труб, стальных заготовок, профильного и листового металла (рис. 2). В предыдущих изданиях учебника подробно обосновываются предложения с целью использования термина «навалочник» вместо «балккэриэра». При этом насыпные грузы целесообразно также отнести к навалочным, т. е. состоящим из однородных твердых частиц в виде сыпучих грузов или отдельных металлических заготовок, размеры которых по сравнению с размерами грузовых трюмов незначительны.

Газовоз со сферическими танками
Рис. 19 Общий вид газовоза со сферическими танками: а — сечение между сплошными флорами; б — сечение по двойному борту; в — днищевой стрингер; г — конструктивный мидель-шпангоут

В конструкции навалочников для транспортировки разных грузов должны быть учтены их особые свойства и отличия.

Навалочные грузы характеризуются разной плотностью, внутренним трением и начальным сопротивлением сдвигу. При малой величине начального сопротивления сдвигу грузы называют сыпучими. На судах для их перевозки требуется устанавливать особые конструкции с целью уменьшения их перемещения, особенно в поперечном направлении. Грузы же в виде металлического проката нужно обязательно надежно закреплять внутри судна. Нарушения требований по перевозке навалочных грузов неоднократно приводили к их смешению и вызывали гибель судов.

Вид балкера сбоку и сверху
Рис. 20 Навалочник (балкер) «Зоя Космодемьянская» (вид сбоку и сверху)

Одно время большое беспокойство вызывали многочисленные аварии с навалочниками в разных районах Мирового океана во время жестоких штормов при воздействии на суда своеобразных по форме волн. В результате имело место внезапное отделение носовой оконечности или ее значительные деформации. Отмечались и случаи исчезновения балкеров со всей командой. Суда, которые получили большие повреждения, обследовали с целью выяснения причин аварий. После этого международные организации обратили особое внимание на проектирование новых навалочников, и в Правила проектирования их конструкций были введены дополнительные требования.

Особенно часто аварии навалочников происходили в районах, прилежащих к восточным берегам южной оконечности Африки (рис. 21), а также около южной оконечности японских островов (море Дьявола). Отмечалось, что во время аварий наблюдались очень высокие, своеобразной формы волны, получившие у моряков название «волн-убийц».

Океанографы считают, что такие волны возникают в результате своеобразного сочетания условий погоды, течений, формы дна.

Это приводит к случайному образованию около движущегося судна волн сложной конфигурации. Попадая на такую одиночную, очень высокую волну с необычно глубокой впадиной перед ней, судно подвергается большим местным напряжениям, которые могут вызвать малоцикловую усталость и хрупкое распространение возникающих трещин.

Карта юго-восточного берега Южной Африки
Рис. 21 Местонахождение некоторых навалочников в момент аварии от чрезмерно высоких волн у берегов Южной Африки

Попадая на волну такой формы, резко уменьшаются силы поддержания в носовой оконечности судна, и в дополнение к массе свешивающейся носовой оконечности также вниз действуют динамические нагрузки от заливаемости палубы в момент врезания судна в волну после резкого опускания носа в упомянутую глубокую впадину. В это время вероятно появление дополнительных динамических нагрузок от удара о воду оголенной части носовой оконечности днища и в развал бортов. Воздействие таких громадных знакопеременных нагрузок способствует возникновению малоцикловой усталости, которая может вызвать отрыв носа или большие остаточные деформации в виде прогиба всей носовой оконечности.

Кроме этого, на многих балкерах конструкции двойных бортов резко обрываются, что создает опасную прерывистую связь и вызывает дополнительные местные напряжения.

До сих пор существующие методики проектирования конструкций в носовой оконечности навалочников, находящихся под воздействием динамических нагрузок, не могут считаться достаточно достоверными. Международные организации постоянно пересматривают требования к определению динамических нагрузок и продолжают всесторонние дополнительные исследования. Американское бюро судоходства (АБС) в результате исследований осуществило пересмотр учета динамических нагрузок и ввело в национальные Правила (факультативно) новый знак для навалочников, свидетельствующий об учете динамических нагрузок. Этому предшествовало внимательное изучение многочисленных случаев аварий с навалочниками, особенно подробно был проанализирован отрыв носовой оконечности навалочника «Ономичи мору» в Японии.

Нами установлено, что при постройке навалочников, попавших в такие аварии, допускались ошибки в подкреплении углов и компенсации грузовых люков в носовых трюмах. Не учитывалось динамическое воздействие от слеминга и заливаемости. Имел место резкий обрыв продольных комингсов и отсутствовали утолщенные листы по их концам, поскольку такие требования для носовых оконечностей в Правилах отсутствуют. Существует ошибочное мнение о небольшой величине изгибающих моментов, действующих в поперечных сечения носовой оконечности. Динамические же воздействия волнения значительно увеличивают величину этих моментов.

Отрыв носовой оконечности всегда сопровождался остаточными деформациями, которые уменьшали моменты инерции поперечных сечений. В носовой оконечности балкеров использовалась мягкая углеродистая сталь, в то время как в средней части наиболее напряженные конструкции выполнялись из сталей повышенной прочности (СПП).

Известны случаи возникновения остаточных деформаций носовых палубных конструкций, например на т/х «Профессор Попов», значительно снижающих прочности при динамических воздействиях волн.

Большие перерезывающие силы, возникающие в поперечных сечениях, могут вызвать остаточные деформации бортовой обшивки, уменьшающие степень включения в работу верхнего и нижнего потеков эквивалентного бруса поперечных сечений носовой оконечности.

Серьезные повреждения танкеров в тех же районах, где наблюдаются волны-убийцы, — очень редкое явление. Нагрузки на танкерах во время плавания на большом волнении больше, чем на навалочниках, так как при одинаковых размерах обоих типов судов влияние заливаемое и ударов в развал больше на танкерах, имеющих большую осадку и меньшую высоту надводного борта. Повидимому, основной причиной более частых повреждений навалочников является наличие на них сразу за баком прямоугольного выреза — люка в верхней палубе, в районе которого имеются конструктивные узлы с высокой концентрацией напряжений. Кроме этого, поперечные сечения балкеров ослаблены наличием упомянутых вырезов и резким обрывом вторых бортов, как это имело место на «Ономичи мару». На последнем судне, следовавшем с грузом угля при скорости в 9 уз., имели место повышенные динамические сжимающие напряжения в палубе, что вызвало потерю устойчивости листов палубы в районе носового грузового люка.

Будет интересно: Методы выбора размеров и формы корпусных конструкций

При отрыве носовой оконечности навалочники почти всегда погибают, что объясняется потерей хода после аварии и разворотом к волне, резкой качкой, смещением груза, вскрытием люков волнами и опрокидыванием. Последнее танкерам не угрожает из-за наличия большого количества переборок. При качке танкера лагом к волне без хода крен не достигает опасных величин из-за смещения грузов, способного вызвать опрокидывание.

Навалочник «Ономичи мару», потеряв носовую оконечность, некоторое время оставался на плаву, однако дополнительное смещение угля при его буксировке привело к опрокидыванию. До этого затонула и оторвавшаяся носовая оконечность.

Основные требования к универсальным навалочникам:

  1. размеры люков должны упрощать грузовые операции грейферами в любой части трюма;
  2. высоту комингсов люков надо выбирать такой, чтобы надпалубные помещения, играющие роль питателей (фидеров) при перевозке зерна, были достаточно высокими;
  3. подпалубные скуловые скосы, образующие емкости, должны обеспечивать самозачистку и самоштивку сыпучих грузов;
  4. балластные цистерны должны обеспечивать прием воды до 50% дедвейта;
  5. при чередующейся загрузке трюмов их прочность должна рассчитываться на груз с удельной погрузочной кубатурой 0,4 м³/т.

Наибольшее число навалочников имеют подпалубные (подвесные) и скуловые балластные цистерны, а некоторые — чередующиеся короткие и длинные грузовые трюмы. С целью упрощения грузовых операций среднюю надстройку не делают, а машинное отделение и все жилые и служебные помещения, так же как на танкерах и большинстве сухогрузных судов последних лет постройки, располагают в корме.

Несмотря на определенные многолетние международные усилия с целью усовершенствования навалочников, до сих пор окончательно вопрос надежности конструкций этих судов еще не решен. Исследования продолжаются по всему миру и являются приоритетными в МАКО. Информация об этих исследованиях создает уверенность в успешном решении вопросов повышения надежности конструкций навалочников будущего.

Установлено, что внимание при проектировании конструкций необходимо уделять районам, где имеются повышенные напряжения и их высокая концентрация (рис. 22). При этом следует особенно тщательно инспектировать состояние покрытий, которые при повреждениях (растрескивании) могут стать источником первоначальных трещин.

Особое внимание рекомендуется при осмотрах уделять следующим узлам конструкции:

  1. присоединению шпангоутов к нижним и верхним балластным танкам;
  2. районам крепления поперечных переборок и особенно их креплению ко второму дну;
  3. местам прохода продольных балок через поперечный набор;
  4. окончанию продольных комингсов углов люков;
  5. местам растрескивания и выпучивания шпангоутов и разрушения покрытий в балластных танках;
  6. присоединению наклонного листа (hopper) к настилу двойного дна.

Международными организациями намечены дальнейшие пути усовершенствования конструкций навалочников.

В 1990—1991 гг., характеризовавшихся частой гибелью и авариями навалочников разного дедвейта, были получены данные, которые вызвали большое беспокойство.

Районы требующие повышенного внимания при осмотре судна
Рис. 22 Конструкции и районы, требующие особого внимания при осмотре. 1 — шпангоуты; 2 — границы поперечных переборок; 3 — домики; 4 — углы люков с кницами; 5 — шпангоуты в танках водяного балласта; 6 — пересечение листов настила второго дна с наклонными скуловыми листами (hopper)

На судах, перевозящих тяжелые навалочные грузы, во избежание резкой качки приходится значительно увеличивать высоту двойного дна и размещать груз только между продольными переборками. На судах для легких навалочных грузов грузовые трюмы приспосабливают для выгрузки грейферами. С целью ссыпания грузов при разгрузке от бортов судна под люк целесообразно делать двойное дно на части ширины наклонным, поднимающимся к бортам. Для уменьшения свободной поверхности пересыпающегося груза по плоскости его ссыпания устраивают подпалубные цистерны, которые при перевозке легких грузов заполняют, например, зерном, а при ходе порожнем используют для приема балласта и уменьшения бортовой качки.

Скорость грузовых операций на навалочниках тем больше, чем больше раскрытие палуб и угол наклона второго дна у бортов. При погрузке и выгрузке днищевые конструкции этих судов подвергаются действию больших динамических нагрузок от падающего в трюм груза и при выгребании его ковшами грейферов, поэтому такие конструкции необходимо усиливать. Форма трюмов как в продольном, так и в поперечном направлениях должна способствовать ссыпанию груза под просвет палубных вырезов, поэтому опоры поперечных переборок грузовых трюмов имеют трапециевидную форму.

Подпалубные цистерны, устанавливаемые на навалочниках, увеличивают верхний поясок поперечного сечения корпуса, что способствует некоторой компенсации их широких палубных вырезов.

Поскольку значительно отличаются удельные погрузочные объемы разных навалочных грузов, строят навалочники двух типов:

  • универсальные, которые имеют достаточную грузовместимость трюмов для доставки легких грузов; их конструкция позволяет загружать тяжелым грузом только отдельные, сравнительно небольшие отсеки, используя полностью грузоподъемность и частично грузовместимость;
  • узкоспециализированные, предназначенные для транспортировки конкретных навалочных грузов; эти суда работают на определенных линиях и перевозят навалочные грузы одного или нескольких, близких по транспортным характеристикам видов.

Узкоспециализированные суда для навалочных грузов (например, рудовозы) проектируют для конкретных линий с учетом оборудования портов на них, позволяющего проведение ускоренных грузовых операций. При использовании этих судов на других линиях эффективность их эксплуатации резко снижается.

В последнее время размеры универсальных навалочников медленно увеличиваются в связи с ростом объема партий груза, предлагаемых к перевозке, а также с улучшением оборудования и оснащенности большинства портов. Увеличение размеров навалочников и их скорости оказывает определенное влияние на конструкции корпуса, так как это увеличение приводит к изменению внешних нагрузок, что вызывает необходимость использования более прочных сталей.

Степень технического совершенства и приспособленности навалочников к условиям эксплуатации определяется их массовыми и объемными характеристиками, размерами и формой трюмов, люков, конструкции бортов и палуб.

В 1981 —1986 гг. значительно увеличилась валовая вместимость навалочников (на 28%), что объясняется высокой рентабельностью судов этого типа и дешевизной сырья в развивающихся странах.

Так, некоторые европейские страны прекратили добычу бедных руд и низкокачественного угля, предпочитая закупать обогащенные руды и высококачественный уголь за границей, и начали интенсивно пополнять свой торговый флот навалочниками.

Навалочники представляют собой однопалубные суда с большими палубными вырезами. Машинное отделение у них располагается в самой корме, а над ним в надстройках размещаются все жилые, служебные, бытовые помещения, штурманская рубка и ходовой мостик. Наличие больших вырезов в палубе создает особые условия работы корпуса на кручение. Положительную роль в обеспечении прочности на кручение играют подпалубные и скуловые цистерны.

Существуют навалочники с разными по длине грузовыми трюмами, которые чередуются. При перевозке легких грузов заполняют все трюмы, а при перевозке тяжелых — только короткие. Если тяжелые навалочные грузы распределять равномерно по всем трюмам, частично их заполняя, то это вызовет резкую качку, что может привести к опасному смещению груза, которое неоднократно становилось причиной гибели рудовозов.

Суда, перевозящие навалочные и насыпные грузы, в загруженном состоянии имеют минимальный надводный борт, поэтому палубы их не приспособлены для перевозки грузов. Тем не менее в последнее время благодаря большой работе по увеличению прочности палубы и конструкций закрытия грузовых люков, выполненной под руководством В. В. Козлякова, навалочники начали широко использовать для доставки труб большого диаметра в трюмах и на верхней палубе.

Предлагается к прочтению: Окраска корпуса судна

Грузовые операции по загрузке и разгрузке навалочников в разных портах выполняют по-разному, в зависимости от наличия оборудования. При отсутствии необходимой механизации в портах для выгрузки используют специальные устройства самого судна, если они на нем имеются, или разгрузку выполняют механизмами, устанавливаемыми на палубе по приходе судна в порт.

При балластных переходах для увеличения осадки навалочников подпалубные и скуловые цистерны, а также емкости двойного дна заполняют забортной водой. Однако этих объемов не всегда бывает достаточно для уменьшения ударных нагрузок в днище носовой оконечности. В таких случаях принимают дополнительное количество балласта в грузовые отсеки. Так, на навалочниках отечественной постройки типа «Зоя Космодемьянская», имеющих дедвейт около 50 тыс. т, забортной водой дополнительно заполняют средние по длине судна грузовые трюмы.

При проектировании отечественных навалочников число трюмов, предназначенных для перевозки тяжелых грузов, и их размеры выбирались в процессе решения многовариантных задач для разных случаев равномерной, а также чередующейся загрузки трюмов и балластировки. Это делалось для того, чтобы возникающие в корпусе во время эксплуатации перерезывающие силы и изгибающие моменты были наименьшими, а мореходные качества удовлетворительными. В результате исследований оптимальным оказался вариант судна с восемью трюмами, три из которых предназначены для руды (один — в середине, а два через один — в нос и корму). Максимальные изгибающие моменты у судна с полным грузом одинаковы при нахождении судна и на вершине, и на подошве волны. Суда в балласте с заполненным забортной водой средним по длине трюмом испытывают наибольший изгибающий момент при нахождении на подошве волны.

Во избежание установки продольных переборок (шифтинг-бордсов), предотвращающих поперечное пересыпание грузов, трюмы навалочников необходимо загружать доверху. Недостаточно точное выполнение этого требования неоднократно приводило к гибели судна.

Комбинированные суда

В 80-х годах в составе транспортного флота появились суда нового конструктивного типа, получившие большое распространение. Они в одинаковой степени пригодны для перевозки нефтяных и навалочных грузов и относятся к группе комбинированных судов (рис. 23, 24). Конструктивный тип этих судов — результат развития нефтерудовозов с целью обеспечения своеобразных эксплуатационных требований и сокращения или исключения балластных переходов.

Комбинированное судно - нефтерудовоз
Рис. 23 Нефтерудовоз: а — боковой вид; б — верхняя палуба; в — трюм

Необходимость транспортировки наливных и навалочных грузов во встречных направлениях является основной предпосылкой появления нефтенавалочников, исключающих балластные переходы.

Вид сбору и сверху балкера-цементовоза
Рис. 6 Балкер-цементовоз

Этому способствовало стремление судовладельцев уменьшить зависимость от сезонных колебаний фрахта на перевозку нефти и навалочных грузов, который меняется в течение года по-разному (рис. 25). По роду перевозимого груза комбинированные суда занимают промежуточное положение между сухогрузными и наливными.

Многообразие комбинированных судов, перевозящих и навалочные грузы, и жидкие грузы (в основном углеводородное сырье), можно свести к трем наиболее распространенным типам:

1) нефтерудовозы (Oil/Ore-carrier), которые обычно перевозят тяжелые руды и нефть, при этом используется полностью их грузоподъемность; в грузовых центральных трюмах на этих судах остается много свободных объемов, если они загружены рудой, для нефти в обратном рейсе используются как центральные трюмы, так и бортовые танки (рис. 8);

2) нефтебалкеры (нефтенавалочники) (Oil/Bulk-Carrier) транспортируют нефть и легкие навалочные грузы, обычно размещаемые в бортовых и в центральных танках;

3) нефтебалкеры-рудовозы (Oil/Bulk/Ore-Carrier) перевозят нефть, руду и более легкие навалочные грузы.

Чертеж мидель-шпангоута нефтерудовоза
Рис. 25 Конструктивный мидель-шпангоут нефтерудовоза с двумя продольными переборками, наклонным днищем и палубой у переборок

Обычные танкеры давно используются для перевозки в одном направлении нефтепродуктов, а в обратном зерна. Этот способ, который впервые применил российский капитан Н. И. Плевин, нашел широкое распространение за границей под названием «русский способ перевозки зерна». Впоследствии так начали перевозить другие сорта сыпучих грузов, разгрузка которых через небольшие отверстия в палубе танкеров могла производиться с помощью пневмоустройств. Однако конструкции наливных судов для этой цели пришлось несколько модернизировать. В дальнейшем появились новые конструктивные типы судов, масса корпуса которых из-за изменения конструкции по сравнению с танкерами увеличилась на 5-7%.

Схемы поперечных сечений трюмов рудовозов
Рис. 26 Поперечные сечения трюмов рудовозов комбинированных судов (вверху):

а, б — со скосами в верхней части трюмов; в — с вертикальными продольными переборками;
(внизу):
а, б — суда с подпалубными и скуловыми балластными цистернами; в — суда с двумя продольными переборками.
1 — груз; 2 — водяной балласт; 3 — топливо или водяной балласт; 4 — груз или балласт

Первые нефтерудовозы, построенные в Швеции в 1925 г., предназначались для доставки шведской железной руды в европейские страны, в обратном направлении на тех же судах доставлялись нефтепродукты.

Несмотря на высокую стоимость нефтерудовозов, их эксплуатация давала большой эффект. Постепенно совершенствовались конструкции их грузовых помещений, быстро росли размеры. Флоты передовых морских держав ежегодно пополнялись новыми комбинированными судами. На южных заводах также велась постройка громадных комбинированных судов.

При ООН успешно работает специальная Танкерно-навалочная комиссия, занимающаяся обобщением и внедрением передовых методов эксплуатации:

  • танкеров;
  • судов для навалочных грузов;
  • газовозов;
  • химовозов;
  • комбинированных судов;

с целью надежной охраны окружающей среды.

Документы, которые готовит эта Комиссия, оказывают существенное влияние на конструкцию судов. Комиссия проводит оценку состояния и устанавливает тенденции развития мирового судостроения и судоремонта, вырабатывает рекомендации и содействует внедрению современных конструктивных решений при постройке, технической эксплуатации и модернизации судов с целью обеспечения высокой экономической эффективности, безопасности и надежности их работы.

Среди комбинированных судов наибольшее распространение получили:

  • нефтенавалочники;
  • нефтерудовозы;
  • нефтехимовозы.

Основная задача, стоящая перед проектантами таких судов, — разработка специфического конструктивного типа судна, при котором перевозка разных грузов осуществлялась бы при полном использовании грузоподъемности. Решить такую задачу не всегда удается. Тем не менее эксплуатация нефтенавалочников (например, судов типа «Борис Бутома») на некоторых линиях высокорентабельна.

Нефтерудовозы имеют специальные трюмы, расположенные по середине судна по ширине между двумя продольными переборками и высоко поднятым настилом второго дна. Двойное дно этих судов иногда достигает высоты 6 м, поскольку для руды требуется значительно меньше места, чем для нефти. Плотность нефти приблизительно в три раза меньше, чем руды, и объемы рудных трюмов тоже примерно в три раза меньше объемов нефтяных танков. При перевозке нефтепродуктов приходится занимать практически все подпалубные объемы, в том числе тщательно очищенные рудные трюмы.

На комбинированных судах необходимо иметь герметичные люковые закрытия, так как при их отсутствии возможна утечка жидкого груза из трюмов через уплотнения во время качки. Эти закрытия воспринимают изнутри трюмов удары от переливающейся жидкости. Такие же ударные нагрузки воспринимают и внутренние подпалубные конструкции. По данным Норвежского Веритас, гидродинамические нагрузки на люковые крышки от переливания жидкого груза на крупнотоннажных комбинированных судах достигают 67 кН/м². В соответствии с Правилами Регистра эти нагрузки должны учитываться при назначении размеров связей этих судов.

Рекомендуется к прочтению: Как, и где изготавливают составные детали корпусных конструкций?

На комбинированных судах с большими люками, так же как и у контейнеровозов, делаются попытки включения люков в работу эквивалентного бруса, особенно при кручении, однако связать конструктивно крышки с комингсами люков трудно. Деформации верхней части продольного комингса при общем изгибе корпуса достигают 7—8 мм. Они должны компенсироваться установкой по концам люковых крышек широких уплотняющих непроницаемых прокладок.

Деформация люков на судах для навалочных грузов и комбинированных судах во время скручивания корпуса на встречном волнении (перекос по диагонали люков) может достигать 30 мм.

На многих современных балкерах и комбинированных судах для удобства выгрузки сыпучих грузов подпалубные и скуловые цистерны соединяются в виде двойных бортов (рис. 10). Это упрощает очистку трюмов от сыпучего груза и увеличивает прочность корпуса на скручивание, что позволяет увеличивать размеры люков на верхней палубе.

Чертежи рубок нефтерудовозов
Рис. 27 Кормовые рубки и поперечные сечения современных нефтерудовозов: а — «Cypress King» (DW = 164 550 т); б — «Havkong» (DW = 234 740 т); в — «Berge Istra» (DW = 227 550 т); г — «USA Maru» (DW = 268 770 т)

Необходимо отметить, что сложные узлы соединения конструкций шпангоутов с скуловыми и палубными цистернами при отсутствии двойных бортов часто получали опасные повреждения. Гладкие бортовые стенки трюмов облегчают очистку и мойку трюмов-танков, что важно при частой смене грузов. Пространство между бортами, так же как объемы подпалубных и скуловых цистерн, используется для размещения чистого балласта.

Наличие двойных бортов на комбинированных судах, так же как и на двухкорпусных танкерах, несколько увеличивает вес корпуса.

Днищевые перекрытия на комбинированных судах, как и на рудовозах, — это наиболее нагруженные конструкции, поскольку при разгрузке грейферами возникают большие местные нагрузки. При неосторожном захвате руды двойное дно подвергается сильным ударам. Во избежание повреждений конструкции двойного дна должны делаться более прочными и под просветом люков целесообразно использовать смешанную систему набора (см. рис. 22).

С целью борьбы с коррозией особое внимание необходимо уделять своевременной очистке и окраске бортовых конструкций корпуса, особенно бортовых шпангоутов и переборок. Необходимо тщательно очищать трюмы после выгрузки груза, при этом последней операцией должна быть очистка под давлением пресной водой.

Эксплуатационники должны знать особенности перевозимого груза, учитывать его влияния на конструкции и следить за температурой грузов во время их транспортировки во избежание его расплавления.

Универсальные сухогрузные суда

Универсальными называются суда, конструкция которых позволяет транспортировать штучные (генеральные) грузы в различной таре:

  • в мешках, ящиках, бочках, а также в рулонах (бумага, рубероид, толь);
  • в тюках, кипах, в виде катушек (например, кабель);
  • а также в пакетах, связках и бухтах (изделия металлургии — проволока, листы, профили).

Обычно универсальные суда (рис. 28) одновременно перевозят много грузов разных наименований — так называемые генеральные, и с целью ускорения грузовых операций часть их еще на берегу размещается на поддонах (флетах) и в универсальных железнодорожных контейнерах. Так как тара генеральных грузов недостаточно прочная, она может при большой высоте грузовых трюмов быть раздавлена слоями вышерасположенных грузов. Во избежание этого на универсальных судах делают несколько палуб (рис. 29).

Полое раскрытие палубы на судне
Рис. 28 Судно с полным раскрытием палубы, высокими непрерывными продольными комингсами и с кранами с одного борта для подъема тяжелых грузов

На этих палубах размещаются также отдельные тяжеловесы в виде вагонов, паровозов и других большегабаритных грузов. Для перевозки последних один из средних трюмов универсального судна иногда делают очень большой длины. Для размещения тяжеловесов используются верхняя палуба и люковые крышки. Это учитывается при проектировании и постройке судов. Размеры люков в последние годы значительно увеличиваются с целью ускорения грузовых операций и погрузки в трюм грузовых мест большего размера (рис. 13).

Таким образом, современные универсальные суда — это многопалубные суда с большим раскрытием палуб (большие люки).

Универсальное судно с несколькими палубами
Рис. 29 Схема расположения вырезов в бортах (лацпортов) и лифтов на сухогрузном судне для погрузки и выгрузки через борта. 1 — удлиненный ют; 2 — удлиненный бак; 3 — диптанк; 4 — лацпорт; 5 — выгородка лифта

Их иногда называют судами открытого типа. Они выполняют в основном каботажные перевозки между небольшими портами и отдельными портовыми пунктами, где одновременно с выгрузкой может вестись и погрузка новых грузов. Наличие нескольких палуб позволяет выгружать только часть груза, предназначенного для данного порта, и занять освободившееся место новым грузом.

Число палуб и высота трюма и твиндеков (расстояние между палубами) определяются в зависимости от размеров партий грузов и его номенклатуры, характерных для района, где предполагается использовать судно как линейное. Однако практика эксплуатации универсальных судов показывает, что часто они выполняют грузоперевозки на совершенно новых линиях. Такие суда получили названия трампов (бродяг).

Универсальное судно
Рис. 30 Универсальное судно с парными люками для перевозки генеральных грузов и с большими емкостями в носу для горючего

Появление специализированных контейнеровозов и судов с горизонтальной грузообработкой значительно сузило область применения универсальных сухогрузных судов, однако они широко используются развивающимися странами, хотя и здесь все больше появляется специализированных судов.

Универсальные сухогрузные суда не потеряли своего значения, хотя и наблюдается уменьшение объемов их использования. В разных странах продолжаются попытки создания нескольких типов стандартных унифицированных универсальных сухогрузных судов, которые могли бы заменить устаревшие, которые используются сейчас.

Например, большие универсальные суда (рис. 29) обладают рядом преимуществ и успешно эксплуатируются во многих странах.

Современные универсальные сухогрузные суда имеют следующие установившиеся характерные признаки:

  1. Кормовое расположение машинного отделения, под высокой и короткой надстройкой юта с короткой же швартовной кормовой площадкой большой ширины, способствующей образованию транцевой кормы (см. рис. «Транцевая корма и швартовная площадка транспортного судна»Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкций). В результате освобождается большая площадь верхней палубы для размещения на ней грузов. Реже встречаются суда с промежуточным расположением машинного отделения и с таким же расположением надстройки, когда за машинным отделением в корме имеется обычно один трюм. Как правило, это быстроходные суда, с острыми образованиями корпуса. В этом случае размещение машинного отделения и надстройки в самой корме создает трудности с удифферентовкой.
  2. Наличие трех, четырех или даже пяти трюмов на одном судне, ограниченных поперечными водонепроницаемыми переборками, имеющих разные длину и объем. Часто один трюм в средней части длины делают длиннее остальных для размещения грузов большой длины. Это не всегда выгодно, так как при проведении грузовых операций трюм большего размера задерживает окончание стоянки судна у причала. В этом случае при грузовых операциях, выполняемых средствами порта, простаивают механизмы, закончившие грузовые операции на трюмах меньшего размера. Наличие нескольких палуб и трюмов облегчает размещение и выгрузку мелких партий грузов в отдельных портах по пути следования судна, но скорость грузовых операций небольшая.
  3. Высота трюма ниже последней промежуточной палубы принимается значительно больше, чем обычно, с целью размещения высоких грузовых мест. Расстояние между палубами (твиндеки) много меньше, и здесь размещают грузы в слабой таре.
  4. Наличие люков большой длины и ширины, что позволяет ускорить грузовые операции за счет уменьшения перемещений грузовых мест в подпалубные карманы у бортов и у поперечных переборок. Для уменьшения размеров люковых крышек вырезы в палубе (люки) делают по ширине очень большими, даже сдвоенными (см. рис. 13), а на очень больших судах и строенными.

Кроме универсальных сухогрузных судов, решающих задачи в качестве трампов, в составе транспортного флота имеется группа универсальных судов, построенных для работы на определенных линиях и в определенных условиях в рамках хорошо организованного установившегося транспортного процесса как в одном государстве, так и между отдельными государствами. Это — линейные универсальные суда.

Линейные универсальные сухогрузные суда (лайнеры), как правило, работают по расписанию между небольшим количеством портов, перевозят известную номенклатуру обычных грузов сравнительно небольших объемов. Линейные суда загружаются и разгружаются в одном или нескольких портах и при необходимости могут перевозить международные контейнеры и колесную технику в основном на верхней палубе. Скорость лайнеров наиболее высокая из всех универсальных судов, перевозящих генеральные грузы.

Трампы совершают рейсы порожнем к месту погрузки по требованию грузоотправителя, если это сулит коммерческую выгоду. Поэтому пароходство должно иметь резервные суда, в ожидании неожиданных поручений. Часть сухогрузных линейных судов, обслуживающих промышленные предприятия и регулярно доставляющих сырье и готовую продукцию, являются собственностью этих предприятий. Это — торгово-промышленные суда.

Читайте также: Технологическая подготовка производства в судостроении

Все океанские сухогрузные суда, перевозящие генеральные грузы, подвергаются воздействию больших динамических нагрузок при ударах волн в днище и развал бортов в носовой оконечности, а также при заливании верхней палубы. Особенно опасны удары в днище при слеминге и о лед порожнего судна. При плавании во льдах судам придается большой дифферент на корму для заглубления винта, что приводит к ударам корпуса о лед и ударам льдин, всплывающих за ледоколом. На сухогрузных судах трудно обеспечить большую осадку за счет приема жидкого балласта из-за недостаточности свободных объемов внутри корпуса. При перевозке генеральных грузов объемов внутри корпуса часто недостаточно для использования полной грузоподъемности судна, поэтому на некоторых универсальных судах делают удлиненные бак и ют, в которые помещают дополнительный груз.

При проектировании грузовых помещений сухогрузных судов для упрощения размещения грузов стремятся форму трюмов и твиндеков приблизить к прямоугольному ящику. Это приводит к увеличению длины цилиндрической вставки корпуса судна. Создание же трюмов в виде ящиков за счет устройства двойных бортов приводит к уменьшению полезных объемов трюмов. Такие трюмы целесообразно делать на всех судах ледового плавания с целью избежать порчи груза и затопления судна при повреждении наружных бортов.

Грузовые работы на судне
Разгрузка эспарто на набережной Корпорации
Источник: Foter.com

Вновь строящиеся сухогрузные суда кроме обычных грузовых трюмов имеют рефрижераторные для скоропортящихся грузов или специальные отсеки для жидких грузов, что способствует повышению рентабельности судов, эксплуатируемых на некоторых линиях.

В ходе многолетней практики эксплуатации сухогрузных судов были выработаны требования к размерам трюмов: их длина составляет около 20 м. На некоторых судах один из трюмов в средней части длины судна делают длиннее (до 40 м) для размещения длинномерных грузов. Высоту трюмов определяют в зависимости от прочности тары грузов, обычно она в 2—2,5 раза больше высоты твиндеков. Минимальная же высота трюмов должна обеспечивать свободное перемещение автопогрузчиков, выполняющих механическую укладку грузов на всю высоту трюма. Размеры трюмов и твиндеков должны быть кратными размерам пакетов и контейнеров. Обычно высоту трюмов принимают в пределах от 5 до 7 м, а высоту твиндеков — не менее 3—3,2 м.

Большинство универсальных судов для перевозки генеральных грузов имеют две или три палубы (см. рис. 29).

В последние годы на многих сухогрузных судах открытого типа для увеличения прочности при скручивании корпуса на волнении устраивают двойные борта, которые используют для приема балласта при ходе порожнем. Увеличивая осадку судна, создают условия для снижения динамических нагрузок в днище и в носовой развал бортов. Суда же без балласта, порожние обладают плохими мореходными качествами, поэтому при выгрузке части грузов в отдельных портах принимают балласт до состояния в полном грузу. Прием балласта позволяет управлять дифферентом, что важно для движения во льдах и во время шторма.

Раньше на старых судах для достаточного погружения винта балласт при движении в море принимался в кормовой трюм, а туннель гребного вала служил продольной переборкой, уменьшающей отрицательное влияние свободной поверхности воды в трюме на остойчивость. Однако двойные борты уменьшают объемы трюмов и, следовательно, количество провозимого груза. На некоторых судах это не имеет значения.

Так, например, на контейнеровозах двойные борта совпадают с продольными комингсами и закрывают собой подпалубное пространство, образуемое в результате наличия палубного стрингера (вследствие этого на верхней палубе появляются проходы вдоль бортов). Если бы вторые борта отсутствовали, то подпалубные бортовые карманы совсем бы не использовались.

В связи с увеличением стоимости постройки новых судов, особенно специализированных, во всем мире наблюдается тенденция увеличения сроков их эксплуатации. Средний возраст судов мирового флота увеличился с 15 лет в начале 90-х годов до 19—23 лет в 2000 г.

В последние годы с целью приспособления многоцелевых, универсальных сухогрузных судов к новым требованиям быстро меняющегося мирового рынка выполняют их модернизацию в странах с дешевой рабочей силой. Прежде всего увеличивают размерения судна, в том числе и его длину, за счет вставки целых блоков (рис. 31). Это позволяет приспособить старые суда к новым требованиям рынка. Однако необходимо учитывать наличие в корпусах старых судов опасных повышенных местных напряжений, которые могут вызвать в сложных условиях эксплуатации малоцикловую усталость и привести к гибели судна. Поэтому особое значение имеет уменьшение очень больших местных напряжений, возникающих при судоремонте за счет подвижности соединений, выполняемых в корпусных конструкциях.

Модернизация корпуса контейнеровоза
Рис. 31 Удлинение корпуса российского контейнеровоза в Сингапуре

Использование подвижных соединений способствует повышению надежности судов, плавающих в наиболее тяжелых погодных условиях и принадлежащих дальневосточным пароходствам. Многолетний опыт эксплуатации этих судов подтверждает целесообразность использования подвижных соединений.

До сих пор при проектировании новых универсальных сухогрузных судов и размерной модернизации широко используются новые технические решения, которые проверяются практикой их эксплуатации. Недостатки новых судов и их конструкций не всегда обнаруживаются сразу. Поэтому целесообразно после постройки головного судна новой серии проводить испытания в наиболее сложных погодных условиях района, что позволит исключить допущенные упущения на следующих судах серии.

Особое значение имеет опыт эксплуатации судов в арктических морях и в северных морях Тихого океана, где наблюдаются самые низкие температуры и сильное волнение, плавание в районах со льдами, а также обмерзание.

Интенсивная подготовка к массовой добыче нефти и газа на шельфе Сахалина и в Охотском море требует рассмотрения поведения конструкций в этих условиях, в том числе воздействия водотрясения как результата сильных землетрясений, вызывающего опасную вибрацию судовых конструкций, и волн цунами.

Несмотря на ряд мер, принимаемых с целью ускорения грузовых операций на универсальных судах, время, необходимое для их проведения, остается продолжительным. Это вызывает желание, где возможно и целесообразно, отправлять грузы на специализированных судах, на которых скорость грузовых операций высокая. К таким судам, перевозящим генеральные грузы, относятся контейнеровозы и суда с горизонтальным способом проведения грузовых операций — ролкеры, или ро-ро (рис. 32, 33).

Контейнеровозы

В любом случае важнейшим компонентом транспортно-технологической системы остается судно. Совершенствование отдельных конструктивных типов судов определяется прежде всего технологией грузовых операций и перевозки грузов. В связи с быстрыми изменениями в этой сфере происходят изменения и технико-эксплуатационных характеристик судов. В связи с постоянными изменениями системы «груз—судно—перегрузочные комплексы» через какой-то промежуток времени целесообразность эксплуатируемых судов уменьшается и требуется их модернизировать или списывать, заменяя новыми, в большей степени удовлетворяющими современным требованиям мирового хозяйства.

Чертеж контейнеровоза с удлиненным баком
Рис. 32 Контейнеровоз с удлиненным баком: а — боковой вид; б — верхняя палуба. 1 — контейнеры; 2 — главная палуба

Транспортные характеристики стандартных грузовых мест — контейнеров оказывают существенное влияние на конструктивный тип судна. Перевозка генеральных, а иногда и сыпучих грузов в закрытых ящиках-контейнерах международного стандарта вызвала революцию в транспортном процессе. Стандартные грузовые места в виде контейнеров, заполненных на предприятиях, производящих разнообразные грузы, и приготовленных к отправке потребителям, могут доставляться последовательно автомобильным, морским и воздушным транспортом, т. е. непосредственно от производителя до потребителя (от двери до двери). При этом при необходимости перегрузка на разные виды транспорта осуществляется быстро на специальных площадках. В настоящее время размеры контейнеров установлены международными соглашениями.

Переход на перевозку грузов в контейнерах, т. е. в виде укрупненных стандартных грузовых единиц, существенно отразился на конструктивном типе судов и потребовал создания сложной системы контейнерных терминалов в портах и специального оборудования на них. При этом размер грузовых единиц увеличился от пакетов (флетов) массой около 1 т до контейнеров массой 20—30 т.

Чертеж контейнеровоза с коротким баком
Рис. 33 Контейнеровоз с коротким баком и короткой надстройкой юта на 1025 контейнеров

При погрузке контейнеров на суда полностью отсутствует горизонтальное их перемещение в трюме и на верхней палубе. Каждый контейнер краном устанавливается на определенное грузовым планом место и передвигается по специальным направляющим внутри трюма (рис. 34).

На современном контейнеровозе, показанном на рис. 41, надстройка юта очень короткая и короткий бак. Увеличенная площадь палубы позволяет расположить максимальное количество международных контейнеров. Первый ярус контейнеров размещен на люковых крышках, и между продольными комингсами люков и бортом остается проход. Второй ярус контейнеров опирается на опоры, установленные у бортов. Этот контейнеровоз имеет собственные грузовые устройства в виде двух кранов на левом борту и может производить грузовые операции собственными средствами у необорудованных причалов.

В отличие от него контейнеровоз, представленный на рис. 32, имеет очень короткую палубу для расположения контейнеров из-за длинных надстроек бака и юта; погрузка-выгрузка должна проводиться на спецтерминалах.

Чертеж трюма судна и направляющей для контейнеров
Рис. 34 Направляющие для контейнеров в грузовом трюме контейнеровоза у поперечной переборки: а — трюм; б — направляющие для контейнеров

В соответствии с транспортными характеристиками стандартных международных контейнеров, которые располагаются в несколько ярусов друг над другом в трюме и на палубе, потребовалось создание однопалубных судов с большими люками, прямостенными вторыми бортами, расстояние между которыми кратно ширине контейнеров. Расстояния между поперечными переборками трюмов кратны длине контейнеров. Подпалубные карманы по борту и у поперечных переборок минимальные (рис. 35, 36).

Схема расположения контейнеров в трюмах и на палубе
Рис. 35 Контейнеровоз с промежуточным положением средней надстройки и удлиненным баком (схема расположения контейнеров в трюмах и на палубе)

Контейнеровозы условно разделяются на две группы:

  • большие контейнеровозы океанского плавания, доставляющие за один рейс тысячи стандартных контейнеров со скоростью до 20 уз.;
  • и фидерные (рис. 37).

Океанские контейнеровозы обеспечивают транспортировку контейнеров между базовыми (основными) портами различных континентов. Фидерные имеют значительно меньшие размеры и развозят контейнеры из базовых портов в более мелкие на коротких линиях. Такие фидерные контейнеровозы отечественной постройки много лет успешно работают на дальневосточных морях, доставляя контейнеры из портов Приморья для Транссибирской железнодорожной магистрали.

Зависимость размещения контейнеров от формы поперечных сечений судна
Рис. 36 Влияние формы поперечных сечений судна на размещение контейнеров в трюмах: а − размещение контейнеров в районе 18-го шп.; б — 27-го; в — 40-го; г — 50-го; д — 80-го шп.

К фидерным контейнеровозам обычно относятся суда, берущие на борт до 400 контейнеров. Перспективны фидерные контейнеровозы смешанного плавания море—река с малой осадкой. Планами предусматривается организация фидерных перевозок контейнеров по Амуру до Комсомольска и далее по БАМу или Транссибу в Европу или на Ближний Восток.

Чертеж фидерного контейнеровоза
Рис. 20 Фидерный контейнеровоз «Александр Фадеев» с двойными бортами и удлиненным баком (а, б) и мидель-шпангоут (в)

Трюмы контейнеров имеют вертикальные направляющие для размещения контейнеров в положении, позволяющем осуществить крепления соседних контейнеров по высоте и ширине с помощью специальных фитингов — детали крепления (рис. 38). В последнее время можно видеть суда, у которых направляющие стойки устанавливаются и на палубе (рис. 39).

Крепление контейнеров на судне фитингами
Рис. 38 Крепление контейнеров специальными соединительными устройствами — фитингами: а — схема крепления верхнего ряда контейнеров на верхней палубе по длине; б — местоположение соединительных устройств; в — виды фитингов

Люки контейнеровозов из-за их больших размеров и веса закрываются крышками понтонного типа (см. рис. 39), которые устанавливаются с помощью береговых кранов и во время грузовых операций хранятся на берегу. В последнее время появились большие контейнеровозы, у которых закрытие люков в трюмах отсутствует, а направляющие продолжаются над палубой. Вода, попадающая внутрь открытых трюмов во время дождя, заплескивания брызг и вкатывания волн во время шторма, скапливается в сточных колодцах у двойного дна и откачивается за борт судовыми средствами (рис. 40).

Направляющие стойки на судне для контейнеров
Рис. 39 Контейнеровоз с направляющими, возвышающимися
над палубой и парными люками: а — неподвижные секции набора и подъемные крышки люков; б — то же и сдвижные складные крышки люков

Наличие вертикальных стоек над палубой позволяет придать устойчивость всему штабелю палубных контейнеров, особенно при резкой качке и динамических воздействиях на судно и на палубный караван контейнеров. Дополнительно к этому на баке устанавливается высокий волноотбойник (рис. 41), предотвращающий удары волн о контейнеры при заливаемости бака.

Продольное и поперечное сечения контейнеровоза открытого типа
Рис. 40 Контейнеровоз без люковых закрытий (открытого типа): а — продольное сечение (направляющие возвышаются над палубой); б — поперечное сечение. 1 — конструкция переборки; 2 — поперечная переборка; 3 — флор; 4 — рамный шпангоут; 5 — стрингер; 6 — платформа

Иногда для этих же целей делается удлинительный бак (см. рис. 32). Однако последнее мероприятие вряд ли целесообразно, так как удлиненный бак всегда используется для размещения на нем нескольких ярусов контейнеров. В результате погрузка под палубу бака контейнеров вызывает большие трудности, чем на открытую палубу. Кроме того, требуется дополнительное оборудование люковых закрытий и увеличение веса корпуса за счет удлинения его верхней части. В последнее время на новых контейнеровозах ограничиваются устройством короткого бака с высоким волноотбойником. Существуют контейнеровозы, у которых такие же направляющие имеются и на верхней палубе (см. рис. 39).

Судно с высоким волноотбойником
Рис. 41 Контейнеровоз с высоким волноотбойником на коротком баке со сплошным фальшбортом. Краны с одного борта

Высокие скорости контейнеровозов требуют большого расхода топлива, а с целью обеспечения хорошей остойчивости возникает необходимость по мере его расходования в замещении балластом. Для размещения балласта в корпусе судна нужны балластные цистерны довольно больших объемов. С этой целью бортовые подпалубные карманы ограничивают вторыми бортами. Занимаемые этими емкостями объемы трюмов не нужны для размещения контейнеров (последние размещают только на ширину, равную ширине люков, — по просвету люков). Расстояние между наружными и вторыми бортами в районе грузовых трюмов достигает иногда до 4 м. Наличие двойных бортов увеличивает прочность корпуса контейнеровоза при общем кручении, что особенно важно при широком раскрытии палубы и малой протяженности перемычек между соседними люками.

Схема расположения контейнеров на судне
Рис. 42 Размещение контейнеров на судах без люковых закрытий с разным расположением мостиковых надстроек: а — в носу; б — в корме

На очень больших контейнеровозах для достижения больших скоростей устанавливают мощные двигатели, которые занимают много места (ширины в корме не хватает). Поэтому, а также для упрощения удифферентовки судна механизмы и надстройку смещают ближе к миделю, они занимают промежуточное положение (рис. 25).

Контейнеры на палубе соединяются с помощью фитингов между собой и с корпусом судна и раскрепляются растяжками, предотвращающими смещение во время качки (см. рис. 42). Усилия, возникающие при качке, через направляющие передаются на борта и поперечные переборки. С целью увеличения местной и поперечной прочности бортов, опирающихся на ослабленную большими вырезами палубу, посредине вырезов устанавливают коробчатые рамные шпангоуты и двойные поперечные переборки. У верхних концов направляющих полки угольников отгибаются в виде раструбов для упрощения опускания контейнеров на штатное место (рис. 43).

Установка контейнера на палубе судна
Рис. 43 Погрузка контейнеров судовыми грузовыми устройствами. Лебедки расположены на рострах

На трансокеанских линиях с высокой плотностью грузопотоков ячеистые контейнеровозы большой длины более экономичны, чем суда с горизонтальной грузообработкой, если достигается полная загрузка судов в обоих направлениях.

Например, на линии Балтимор (США) — Роттердам (Голландия) перевозки контейнеров в ячеистых контейнеровозах во много раз дешевле, чем на судах с горизонтальной грузообработкой.

На практике часто приходится перевозить контейнеры на судах, не приспособленных для этой цели, а грузовые операции производить с помощью грузовых устройств самого судна в портах, где отсутствуют контейнерные причалы. В этом случае обычные сухогрузные суда должны иметь грузовые устройства, которые могут выполнять погрузку и выгрузку контейнеров в необорудованных портах, а их крепление осуществлять подручными средствами.

Суда с горизонтальной грузообработкой (накатные суда, ро-ро, ролкеры)

В связи с усовершенствованиями транспортного процесса появились суда нового конструктивного типа, находящиеся значительно меньше времени под грузовыми операциями, чем требовалось при использовании универсальных сухогрузных судов. Это суда с горизонтальной погрузкой и выгрузкой, или накатные, или ро-ро, или ролкеры (рис. 44, 45).

Существует несколько типов судов с горизонтальной грузообработкой. Рассмотрим прежде всего ролкеры. Впервые этот тип судов получил распространение в качестве десантных во время Второй мировой войны, обеспечивавших высадку солдат вместе с техникой на колесах и гусеницах на необорудованный берег. Их использование обеспечило быструю погрузку и особенно выгрузку укрупненных грузовых мест.

Суда с горизонтальной грузообработкой
Рис. 44 Суда с горизонтальным способом проведения грузовых операций: а — виды судов; б — боковой вид; в — верхняя палуба; г, д, е — промежуточные палубы А, В и С для размещения грузов

После прекращения военных операций десантные баржи нашли широкое распространение в перевозках гражданских грузов, например, на Дальнем Востоке японские трофейные баржи использовались для доставки грузов даже в арктических районах на необорудованный берег.

Чертеж поперечного сечения накатного судна
Рис. 28 Поперечное сечение трехпалубного накатного судна

Положительные результаты эксплуатации десантных барж способствовали появлению первых транспортных накатных судов, имеющих несколько палуб (рис. 46). Грузы вкатывают с причалов на борт судна по наклонным сходням, называемым аппарелями или рампами (рис. 47), и распределяются по палубам и второму дну (рис. 48).

Чертеж мидель-шпангоута судна с горизонтальной грузообработкой
Рис. 46 Конструктивный мидель-шпангоут судна с горизонтальной грузообработкой с усиленным набором палуб

Для перемещения груза внутри ролкеров используются:

  • панданусы — стационарные наклонные проезды, расположенные между двумя палубами разных уровней;
  • а также лифты — подъемники, автокраны.

Кормовая аппарель чаще всего используется на современных ролкерах. Она бывает прямой и поворотной (см. рис. 47); в зависимости от этого судно должно во время грузовых операций устанавливаться у причала по-разному.

Виды судовых аппарелей
Рис. 47 Типы аппарелей (рамп): а — носовая поворотная;
б, д, е — угловые кормовые; в — кормовая прямая; г — кормовая поворотная; ж — бортовые

Как правило, каждый ролкер имеет свой судовой комплект погрузчиков для перемещения грузов.

Наряду с чистыми ролкерами в составе флота имеются и комбинированные, на которых часть помещений оборудуется под доставку контейнеров, кроме горизонтальной погрузки проводится и вертикальная, например контейнеров (рис. 32).

В последнее время встречаются суда с несколькими аппарелями в корме, позволяющими проводить грузовые операции одновременно на палубы разных уровней. Часто кормовые аппарели являются крышками кормовых въездов и представляют собой сложную прочную конструкцию, воспринимающую во время шторма сильные удары волн.

Вкатывание грузов на судно по пандусу
Рис. 48 Внутренние пандусы на многопалубном судне с горизонтальной грузообработкой (ролкере)

Судостроители и эксплуатационники уже много лет обсуждают достоинства и недостатки судов с горизонтальной грузообработкой и контейнеровозов, однако окончательные выводы все еще не сделаны.

На коротких линиях, где перевозится большое количество колесной техники, суда с горизонтальной грузообработкой имеют ряд преимуществ:

  • быструю оборачиваемость и возможность обходиться без дорогостоящих контейнерных терминалов;
  • кроме того, грузы в трейлерах можно выгружать на обычные причалы и даже на необорудованный берег и доставлять грузополучателю путем их буксировки по автомобильным дорогам.

Малотоннажные накатные суда используют на коротких линиях, преимущественно между портами, для перевозки грузов с низкой долей колесного транспорта. Кроме того, их эксплуатируют как фидерные или контейнеровозы.

Контейнеровоз-ролкер
Рис. 49 Контейнеровоз-ролкер (кон-ро). 1 — аппарель; 2 — автомобили; 3 — контейнеры; 4 — техника на колесах

Крупнотоннажные суда с горизонтальной грузообработкой имеют заметные преимущества на линиях, где перевозится много грузов, габариты которых не позволяют загрузить их в контейнеры, или при перевозках колесной техники.

Все чаще суда с горизонтальной грузообработкой строят комбинированными. Часть трюмов таких судов оборудована направляющими для вертикальной погрузки контейнеров.

Суда с горизонтальной грузообработкой имеют существенные конструктивные особенности, заключающиеся в наличии большого числа палуб (см. рис. 44), рамп в корме и в носу, пандусов внутри судна, большого количества вырезов в палубах, лацпортов в бортах, откидных носовых оконечностей (рис. 50), устройств для подачи рамп из корпуса на берег или на причал (рис. 51).

Чертеж откидывающейся носовой оконечности судна
Рис. 50 Откидывающаяся на шарнирах часть носовой оконечности для выдвижения аппарели

Количество палуб на судах с горизонтальной грузообработкой тем больше, чем больше их размеры. С увеличением числа палуб усложняются грузовые операции. Перегрузка с палубы на палубу производится по внутренним пандусам, занимающим часть грузового помещения.

Открытая и закрытая кормовая аппарель судна
Рис. 51 Кормовая аппарель (рампа): а — закрепленная по-походному; б — опущенная на причал

Конструктивные особенности большинства судов с горизонтальной грузообработкой определяются стремлением достичь наивысшей производительности грузовых работ. Размещать грузы на палубах следует так, чтобы оставались большие свободные пространства для маневрирования колесной техники и погрузчиков. Необходимо предусматривать свободные проезды вдоль корпуса и спуски в носу и в корме.

Поэтому на таких судах в грузовых помещениях отсутствуют постоянные поперечные водонепроницаемые переборки, и их непотопляемость обеспечивается за счет устройства двойных бортов. Отсутствие переборок приводит к необходимости передавать усилия с верхних палуб на нижние и двойное дно через установленные в ДП мощные подпалубные балки, подкрепленные такими же мощными пиллерсами. Для вентиляции трюмов при перевозке колесной техники в палубах у бортов делают большие круглые отверстия, через которые выводятся трубы к дифлекторным головкам.

Будет интересно: Материалы конструкций корпуса, активно используемые в судостроении

Автомобилевозы, или автомобильно-пассажирские паромы, появились в торговом флоте в начале 60-х годов. Они предназначались главным образом для доставки экспортных автомобилей к месту их реализации из стран-производителей. Наибольшее количество автомобилевозов сейчас работает на линиях, связывающих порты Японии с Западной Европой (рис. 52)

Схема устройства автомобилевоза
Рис. 52 Схематический вид автомобильно-пассажирского парома: а — боковой вид; б — пассажирская палуба; в — гаражная палуба.
1 — пассажирские помещения; 2 — гаражная палуба

На автомобилевозах имеется большое число сплошных палуб, расположенных на очень небольших расстояниях друг от друга. Эти расстояния должны быть достаточными для размещения автомобилей. Несколько палуб устраивается и в сплошной длинной надстройке специально для размещения автомобилей. Число палуб в корпусе и надстройке на некоторых автомобилевозах достигает 12. При погрузке и выгрузке автомобили обычно идут своим ходом по рампам в оконечностях и через бортовые лацпорты. Для полной загрузки автомобилевоза обычно бывает достаточно одних суток.

На некоторых автомобилевозах устанавливают сдвигаемые к борту складные палубы, позволяющие увеличить высоту или число твиндеков.

На рис. 53 представлен типичный современный десятипалубный автомобилевоз с бортовыми лацпортами для загрузки и выгрузки своим ходом автомобилей. По внешнему виду автомобилевозы с длинными надстройками, идущими от борта до борта, напоминают пассажирские суда. Для загрузки через лацпорты устраивают специальные аппарели. Внутри судна между палубами устанавливают несколько пандусов.

Конструкция пандуса на автомобилевозе
Рис. 53 Схема устройства погрузки колесной техники на автомобилевоз. 1 — верхняя палуба; 2 — балластный танк; 3 — лацпорт; 4 — трап для въезда и выезда колесной техники (рампа); 5 — причал; 6 — откидывающаяся платформа для колесной техники

Палубой надводного борта обычно является четвертая палуба от двойного дна, до которой доходят водонепроницаемые переборки с водонепроницаемыми дверями. Для палубы надводного борта расчетные нагрузки равны 15—20 кН/м², а для автомобильных палуб — 1,8 кН/м² (8 кН на ось).

На автомобильно-пассажирских паромах круизного назначения (для туристов) имеются пассажирские помещения. По всей длине такого судна идет полностью закрытая палуба для автомобилей, принадлежащих пассажирам. Автомобили заезжают и выезжают через кормовой лацпорт, который при плавании закрывается водонепроницаемой рампой.

Первые суда с горизонтальной грузообработкой были предназначены для перевозки железнодорожных составов. Железнодорожный паром (рис. 54) представляет собой плавучий участок железной дороги, сокращающий доставку грузов между отдельными портами. При погрузке парома в корме открывается доступ на вагонную палубу и вагоны вкатываются по береговой рампе, соединяющей паром с причалом.

Чертеж железнодорожного парома
Рис. 54 Железнодорожный паром: а — боковой вид; б — грузовая (вагонная) палуба; в — грузовая автомобильная палуба; г — поперечное сечение через грузовые помещения. 1 — вагонная палуба; 2 — автомобильная палуба

Уже много лет действуют железнодорожные переправы Ванино—Сахалин, переправы через Каспийское море и Керченский пролив, международная переправа Ильичевск(Черноморск)—Варна (Болгария). Начала действовать самая протяженная переправа Клайпеда—Мукран (Германия). На ней работают двухпалубные паромы, загрузка которых осуществляется сразу на две палубы. На верхней палубе размещается 54, а на главной — 49 вагонов длиной 14,73 м. На палубах имеется пять ниток железнодорожных путей стандартной русской ширины 1 524 мм. На среднюю нитку, располагающуюся между двумя рядами пиллерсов, можно принимать тяжеловесные вагоны.

На рис. 55 изображено поперечное сечение железнодорожного парома с тремя грузовыми палубами, рельсы на которых выполнены заподлицо с палубой (рис. 56). Палубы паромов такого типа обслуживаются подъемником.

Чертеж поперечного сечения парома
Рис. 38 Поперечные сечения железнодорожного парома. 1 — верхняя палуба; 2 — вагонная палуба; 3 — второе дно; 4 — вагон

На паромах кроме вагонов можно перевозить:

  • длинномерную технику;
  • пакетированные грузы в контейнерах и тяжеловесные.

Суда для перевозки тяжеловесных грузов, или тяжеловозы, «рождались» путем переделки сухогрузных судов, соответствующего переоборудования их трюмов и грузовых люков. В ходе этих работ устанавливались мощные грузоподъемники.

Например, во время войны лесовоз отечественной постройки «Ванцетти» был оборудован мощными грузовыми стрелами, позволявшими в Петропавловске-Камчатском снимать с верхней палубы тяжеловесные грузы с целью уменьшения осадки для прохода через Татарский пролив.

Другой лесовоз отечественной постройки, «Максим Горький», в то же время был приспособлен для доставки паровозов и тендеров во Владивосток из США. Погрузка и выгрузка паровозов производилась с помощью береговых средств.

Железнодорожные рельсы на судне
Рис. 56 Рельсы железнодорожного пути заподлицо с листами палубного настила

В 1987 г. в ЦНИИМФ были разработаны эксплуатационно-технологические требования к судам, перевозящим крупногабаритные и тяжеловесные грузы, в связи с развитием внутренних и зарубежных перевозок таких грузов. Так, для перевозки крупных грузов на Дальнем Востоке, например, были переоборудованы железнодорожные паромы. Однако удобнее, дешевле и безопаснее осуществлять перевозку таких грузов на специализированных судах.

При разработке их конструктивно-архитектурного типа рассматривались суда с надстройкой в носу и машинным отделением в корме, однопалубные и двухпалубные, с двойными бортами и двойным дном для приема балласта. Предпочтение отдавалось судам закрытого типа. Машинные отделения в некоторых случаях рекомендовалось располагать в двойных бортах.

Современные тяжеловозы, число которых в мировом флоте велико, построены по специальным проектам.

Они способны перевозить грузы массой до 1 тыс. т, в том числе:

  • колонны,
  • турбины,
  • генераторы,
  • трубы большого диаметра и т. п.,
  • крупные агрегаты в собранном виде, готовые после доставки к действию.

С причала либо с барж грузы перегружают с помощью тяжеловесных стрел большой грузоподъемности или вкатывают на тележках либо в трейлерах на палубу через наклонные сходни в носовой оконечности.

Размеры тяжеловозов назначают исходя из размеров перевозимых грузов. Надстройки этих судов располагаются в оконечностях или сдвинуты к борту. В верхней палубе имеются длинные грузовые люки, которые иногда делают без комингсов заподлицо с настилом палубы (рис. 57).

Судно для перевозки длинномерных грузов
Рис. 57 Часть судна, перевозящего длинномерные грузы, с гладкой палубой без комингсов и со съемными твиндечными палубами. 1 — крышка люка; 2 — настил палубы; 3 — грузовая платформа для перемещения люковых крышек; 4 — ограждения люков; 5 — рельс

При открытии люков крышки перемещаются к мачтам или убираются за борт. Некоторые тяжеловозы имеют твиндеки, образующиеся путем установки опускающихся от бортов участков палуб (см. рис. 53). Крышки люков иногда выполняют в виде плавучих понтонов, которые опускают на воду. Они могут использоваться как средство для доставки грузов от судна на берег. Прочность таких крышек достаточна для восприятия нагрузок до 100 кН/м².

На рис. 58 приведен общий вид тяжеловоза с двойными бортами и с надстройкой в носовой оконечности, имеющего длинный трюм, две палубы и грузовые тяжеловесные стрелы, расположенные с одного борта (груз берется с противоположного борта). При проведении грузовых операций все стрелы могут работать вместе.

Тяжеловоз с двойным бортом
Рис. 58 Тяжеловоз с мостиком на баке с полным раскрытием палуб и бортовыми балластными танками

На рис. 59 показан тяжеловоз ледового плавания с надстройкой в корме и с двойными бортами. Он снабжен двумя тяжеловесными кранами, установленными с одного борта и поднимающими тяжелый груз одновременно. Для обеспечения остойчивости отношение L/B на этом судне равно 4,5.

Тяжеловоз с двумя тяжеловесными кранами для подъема грузов
Рис. 59 Тяжеловоз ледового плавания с надстройкой в корме и мощным грузовым устройством на одном борту

На рис. 60 изображен оригинальный тяжеловоз с Л-образными мачтами, опирающимися на двойные борта, и с противовесами. Во время грузовых операций с тяжелыми грузами противовесы, шарнирно закрепленные на мачтах, проворачиваются так, что опираются на причал. Это способствует уменьшению крена.

Тяжеловоз с Л-образными мачтами
Рис. 43 Тяжеловоз с противовесами, опирающимися при грузовых операциях на причал: а — вид сбоку; б — вид сверху; в — разрез, показывающий опору во время грузовых операций с тяжеловесами

На рассмотренных тяжеловозах грузовые мачты смещены к бортам и оперты на двойные борта, что увеличивает прочность мачт. Двойные борта при трюмах, занимающих почти всю длину судна, обеспечивают непотопляемость судов.

Некоторые тяжеловозы загружают с кормы путем увеличения осадки и затопления трюма через открытые кормовые ворота.

Все чаще используют тяжеловозы для перевозки на палубе плавучих буровых установок, готовых после доставки к месту их эксплуатации сразу приступить к работе (рис. 61). В России построено такое судно — «Трансшельф».

Схема погружения судна
Рис. 61 Полупогружаемое судно: а — схема погружения; б — боковой вид; в — главная палуба

К общей прочности тяжеловозов и прочности их отдельных конструкций требуется особый подход. Тяжеловесные грузы должны еще при постройке обеспечивать необходимой оснасткой, а корпусные конструкции — приспосабливать к восприятию усилий от креплений.

С целью обеспечения безопасной перевозки грузов на судах с горизонтальной погрузкой, так же как и на контейнеровозах, необходимо предусматривать их надежные крепления. Для этой цели используют стандартные многооборотные средства крепления, спроектированные исходя из наиболее вероятных параметров волнения и качки. При этом на судах должны быть предусмотрены многочисленные обухи и рымы, прочно закрепленные на конструкциях, воспринимающих усилия от найтовов (креплений грузовых мест). Места крепления к корпусным конструкциям должны быть рассчитаны на безопасное восприятие усилий при качке. Рымы и обухи на палубах утапливают в специальные углубления, чтобы поверхность оставалась гладкой для свободного движения колесной техники.

Устройства для крепления грузов могут быть стационарные и переносные, устанавливаемые в зависимости от формы закрепляемого груза и его веса.

К стационарным средствам крепления относят:

  • скобы, обухи, рымы, гнезда, упоры и т. п.;
  • а в качестве переносных средств используются талрепы, тросы, цепи, прутковые и ленточные найтовы;
  • различные по конструкции замки и устройства для обтягивания найтовов из тросов, цепей, прутков с разными фитингами по их концам (рис. 62).

Наличие в корпусе мест для крепления концов найтовов вызывает необходимость изменения корпусных конструкций.

Типы найтовых устройств на судне
Рис. 62 Найтовые устройства: а — прутковые; б — цепные; в — тросовые; г — ремневые

Для доставки морем тяжелых и крупногабаритных грузов специально строят суда своеобразных конструктивных форм с мощными грузоподъемными средствами на борту или в портах.

В морских портах применяется три способа проведения грузовых операций по погрузке тяжеловесных и крупногабаритных грузов:

  • вертикальный — с помощью грузовых устройств самого судна, берегового или плавучего крана;
  • горизонтальный — с помощью аппарелей судов (см. рис. 47) и специальных платформ на колесах, а также способ докования судна.

В некоторых случаях на отдельных специализированных судах могут использоваться все три способа проведения грузовых операций. Каждый раз разрабатывается проект необходимой оснастки в соответствии с принятым способом погрузки и выгрузки отдельных грузов, изготовляется необходимая оснастка для проведения грузовых операций и надежного крепления грузовых мест на судне в зависимости от его конструктивных особенностей и прочностных характеристик, воспринимающих усилия при качке.

На рассмотренных специализированных судах палуба и двойное дно должны безопасно воспринимать повышенные нагрузки, а бортовые перекрытия — усилия, передаваемые растяжками, найтовами во время качки. Обычно прочность судовых конструкций рассчитывают на воздействие комплекса нагрузок во время морских перевозок.

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

Универсальные сухогрузные суда также могут оборудоваться тяжеловесными стрелами большой грузоподъемности, способными переносить отдельные грузы массой до 1 тыс. т. На однопалубных судах краны устанавливают с одного борта (см. рис. 57). На некоторых судах грузы перемещаются вдоль длины судна на палубу по носовой и кормовой аппарелям. С этой целью носовая аппарель располагается под откидывающейся частью носовой оконечности (см. рис. 50).

С целью свободного перемещения грузовых мест по палубе ее делают без погиби и седловатости, а грузовые люки — заподлицо с палубой (без комингсов). Для выравнивания дифферента и крена в момент перемещения груза на судне необходимо иметь достаточное количество балластных цистерн требуемого объема.

Для перемещения грузов вдоль судна кормовую надстройку делают из двух частей по бортам с проходом посредине. Люковые закрытия всех палуб должны быть равнопрочны самим палубам. Поперечные переборки, за исключением форпиковой и ахтерпиковой, отсутствуют: непотопляемость обеспечивается за счет двойных бортов.

На некоторых судах тяжеловесы загружают с воды в специальные док-камеры и таким же образом выгружают.

Заслуживают внимания для перевозки особенно тяжелых сооружений суда еще одного конструктивного типа — полупогружаемые. Они принимают внутрь балласт, после чего верхняя палуба уходит в воду и над водой возвышаются только кормовая и носовая надстройки. Грузовое место по воде заводится над палубой и после откачки балласта вместе с судном как одно целое всплывает, закрепляется на верхней палубе и транспортируется по назначению. Такие суда часто перевозят целые буровые установки из одного района в другие на значительные расстояния (см. рис. 61).

Примеры грузовых судовых устройств
Рис. 63 Грузовое оборудование тяжеловоза, втаскивающее груз через аппарели в носу и в корме на верхнюю палубу: а — боковой вид; б — главная палуба; в — вид с кормы; 1 — аппарель; 2 — проход через надстройку

Своеобразные грузовые устройства на некоторых судах, перевозящих тяжеловесы, можно видеть на рис. 63. Для увеличения грузоподъемности объединяется работа двух стрел с разных мачт одного и того же судна.

Лихтеровозы (баржевозы)

В составе флотов некоторых морских держав имеются специальные суда — лихтеровозы, на борту которых перевозятся большие лихтеры, представляющие собой большие плавучие ящики-баржи. Эти баржи разными способами поднимают на борт лихтеровозов и доставляют погруженные в них грузы потребителям. Наиболее часто лихтеры загружаются генеральными грузами в небольших портах, иногда расположенных даже в мелководных реках. После загрузки с помощью буксиров по одному или несколько штук лихтеры буксируются к месту стоянки крупных лихтеровозов (рис. 64, 65).

Виды лихтеровозов
Рис. 64 Лихтеровозы: а — с кормовым подъемником; б — загружаемый с воды; в — лихтеровоз малого размера. 1 — надстройка; 2 — баржа; 3 — кринолин; 4 — подъемник; 5 — дымовая труба

Лихтеровозы появились в результате дальнейшего развития контейнеровозов. Лихтеры — своего рода контейнеры очень больших размеров, обладающие плавучестью. На постройку лихтеровозов и многочисленных лихтеров требуются большие материальные затраты, однако для эксплуатации не нужно строить специальные терминалы, так как на борту лихтеровозов обычно имеются собственные погрузочно-разгрузочные средства.

Сегодня существует три разновидности лихтеровозов с разными способами проведения грузовых операций: Лэш, Сиби и Бакат.

Лэш (LASH — Lighter Aboard Ship) — лихтер на борту судна (см. рис. 47—50). На верхней палубе расположен кран, двигающийся вдоль трюмов до кормовых консолей и поднимающий лихтеры с воды. Он перемещает их по длине судна.

Сиби (Sea Bee — морская пчела) — лихтеровоз с несколькими палубами и кормовым лифтом, перемещающим по высоте платформу с тележками и с лихтерами, которые поднимаются с воды на нужную палубу. Лихтеры передвигаются вдоль судна на штатные места.

Бакат (BACat — Barge Aboard Catamaran) — баржа на борту катамарана. Кормовая часть такого лихтеровоза представляет собой катамаран, имеющий надстройку в носовой оконечности. Лихтеры закрепляются между корпусами, будучи поднятыми на уровень палубы, и с помощью катков перемещаются на штатные места (рис. 67).

Атомный лихтеровоз
Рис. 66 Атомный лихтеровоз ледокол типа «Севморпуть»

Предпринимались попытки использования лихтеровозов в Арктике, однако они оказались неудачными из-за трудностей буксировки лихтеров в ледовых условиях. До сих пор российский атомный лихтеровоз с ледовыми подкреплениями используется во льдах как контейнеровоз (рис. 68).

Схема погрузки на судно
Рис. 67 Схема погрузки на лихтеровоз типа «Бакат»

Российский флот накопил большой опыт по использованию лихтеровозов в разных условиях, в том числе в смешанных перевозках река-море.

Кроме больших линейных лихтеровозов имеет смысл использовать и фидерные лихтеровозы меньшего размера, предназначенные для доставки небольших партий лихтеров с линейных лихтеровозов к местам их разгрузки в районах с малыми глубинами. Рассматривались предложения по использованию фидерных лихтеровозов с мощными ледовыми подкреплениями и малой осадкой, способных доставлять лихтеры через льды в устья сибирских рек.

Грузовой трюм лихтеровоза
Рис. 68 Грузовой трюм лихтеровоза типа «Баколайнер». 1 — передвижной кран; 2 — контейнеры; 3 — лихтеры

В промежутках между использованием фидерных лихтеровозов по своему прямому назначению они могут играть роль вспомогательных ледоколов в мелководных районах и в судоходных реках.

Баржебуксирные составы

Баржебуксирные составы состоят из барж, которые толкаются специальными буксирами, упирающимися в кормовую нишу этих барж (рис. 69). Такие системы много лет используются в реках и получили распространение в морских перевозках на верхней палубе барж различных грузов, не боящихся воздействия морской воды. К таким грузам относятся лес, стальной прокат, водонепроницаемые контейнеры, колесная техника.

Баржебуксирные составы
Рис. 69 Типы соединений баржебуксирных составов:
а — «Гидропад»:

1 — буксирные тросы; 2 — гидравлические цилиндры; 3 — буксирная лебедка; 4 — гидравлическая подушка; 5 — носовой упор; 6 — рымы для крепления буксирных тросов; 7 — опоры для буксира;

б — «Интертаг»:

1 — гидравлическая подушка; 2 — соединительный башмак; 3, 4 — соединительные пазы; 5 — опорная подушка; 6 — кормовая консоль;

в — Схема соединения баржи с буксиром

Баржа обычно представляет собой ограниченную высокими стойками-стензелями площадку, на которой располагается груз (рис. 70). Особенно привлекательным оказалось использование откидных стензелей, позволяющих сбрасывать весь груз перевозимого леса на воду.

Для этого требуется только накренить баржу, и весь лес под действием своего веса перемещается за борт, после чего он буксируется к причалам на мелководье и в реки на предприятия для обработки.

Схема баржи
Рис. 70 Схема общего расположения баржебуксирного состава: а — буксир; б — баржа

Баржебуксирные составы первоначально использовались на коротких прибрежных линиях, но после накопления опыта их эксплуатируют и в морских условиях. Примером может служить отечественные ББС, работавшие несколько лет на перевозке круглого леса из портов России в порты Японии, а также между портами Франции и Красного моря.

На баржах перевозятся и грузы в трейлерах. Последние по аппарели скатываются с палубы баржи на берег (см. рис. 47).

Развитие ББС до сих пор сдерживается из-за сложностей сочленения барж с буксирами и их недостаточной, как показали аварии, имевшие место во время сильного волнения, прочности. Так, отечественный состав с грузом леса опрокинулся во время шторма в Японском море. А поскольку сбрасывание на воду леса в Японии запрещено законами из экологических соображений, использование ББС на этом направлении сделалось нерентабельным. Позже эти составы были проданы. Действительно, в сложившихся условиях экономическая эффективность ББС оказалась ниже, чем лесовозов, работавших на тех же линиях.

Повысить эффективность ББС можно за счет увеличения числа оборотов баржи, например, если после доставки в порт груженой баржи буксир сразу уходит за второй баржей, которая в это время загружается лесом в другом порту. Подсчитано, что три буксира-толкача и семь барж могли бы обеспечить достаточную эффективность ББС на линиях Приморье—Япония при условии загрузки барж на обратный рейс в Японии трубами или трейлерами.

Рекомендуется к прочтению: Палубные конструкции морских деревянных судов

В последнее время сделана попытка оценить возможность использования ББС для транзитных перевозок по СМП в связи с необходимостью увеличения размеров транспортных судов и отсутствием широких ледоколов. Предлагается использовать в качестве толкаемого судна с грузом широкую несамоходную баржу, а вместо толкача — мощный узкий ледокол. Такой метод толкания известен из практики работы дальневосточных ледокольщиков. Толкаемое транспортное судно ледового плавания заменяется баржей с ледовыми подкреплениями, но без механической установки. Поток от винта толкаемого судна при движении «тандемом» раньше обеспечивал обтекание ледокола, что заменяло широко используемое на ледоколах пневмообмывающее устройство (ПОУ).

В предлагаемой системе ББС на барже не будет собственной механической установки, и она все время должна быть связана с ледоколом. Капитан В. И. Абоносимов предлагает иной способ, с периодическим участием ледокола. Однако вряд ли целесообразно заменять толкаемое обычное транспортное судно ледового плавания несамоходной баржей, тем более что обмывающего корпус ледокола потока воды от винта проталкиваемой баржи не будет.

Как видим, если использовать вместо широкой, толкаемой во льдах несамоходной баржи с ледовыми подкреплениями баржу-судно с собственной механической установкой, то мы получим обычный тандем. В качестве толкаемых судов целесообразно использовать более широкие суда, не увеличивая ширину новых линейных ледоколов (см. статью «Ледоколы»Транспортные суда ледового плавания).

На глубоководных реках предлагается использовать толкаемые ББС, состоящие из баржи-дока и буксира-толкача, которые зимой при замерзании рек можно будет использовать для других целей (баржи — в качестве дока для ремонта судов небольшого размера).

Рефрижераторы

Интенсивное развитие международной торговли и все большее использование ресурсов сельского хозяйства развивающихся стран сопровождается расширением перевозок скоропортящихся грузов — мясопродуктов, рыбы и фруктов. Для этой цели флот многих государств пополняется специализированными судами — рефрижераторами, на которых в зависимости от рода перевозимых грузов в трюмах поддерживается необходимая для их хранения температура (рис. 71). Для этого в грузовых помещениях делается изоляция, занимающая значительные объемы и требующая надежности крепления и сохранности в течение длительного времени (рис. 72).

Поперечное сечение грузового трюма рефрижиратора
Рис. 71 Сечение по грузовому трюму приемно-транспортного рефрижиратора-снабженца «Бухта Русская». 1 — пакетированный груз; 2 — подгрузовой канал; 3 — подгрузовая решетка; 4 — бетонная стяжка

Из стран Центральной Америки, Марокко и Испании в больших количествах на рефрижераторах-фруктовозах отправляют свежие фрукты в страны Европы, Японию, США и Канаду. Из Бразилии и Австралии на специальных рефрижераторах доставляют мясо и мясопродукты в Европу и в страны арабского востока. В зонах интенсивного рыболовства транспортные рефрижераторы загружают свежей рыбой, полуфабрикатами и консервами, которые отправляются в разные страны мира. Для этой цели предназначены большие быстроходные многопалубные рефрижераторы. Расстояние между палубами на них небольшое, так как груз хранится в ящиках и бочках, прочность которых невелика, а при большой высоте штабеля груза тара будет повреждаться.

Судно рефрижератор "Николай Коперник"
Рис. 72 Схема общего расположения двухостровного рефрижератора «Николай Коперник»

Для сохранности рыбопродукции и мяса доставка их в последние годы часто осуществляется на рефрижераторах-контейнеровозах. Рефрижераторные контейнеры международного стандарта размещаются как в трюмах, так и на верхней палубе. В отличие от многопалубных обычных рефрижераторов рефрижераторы-контейнеровозы имеют только одну палубу (рис. 73) и принимают контейнеры с промысловых судов и промысловых баз в открытом море. Так же в открытом море с баз и промысловых судов продукция передается на обычные рефрижераторы.

Контейнеровоз рефрижератор
Рис. 73 Рефрижератор-контейнеровоз с широким раскрытием палубы

На рефрижераторах, построенных в последние годы, используются для замораживания очень низкие температуры (-25 … -30 °С), что должно учитываться при проектировании их корпусных конструкций. Если эти температуры не принимают во внимание, то в конструкциях рефрижераторов могут появиться повреждения. Так, после испытаний при низких температурах рефрижераторных помещений построенной в Японии плавбазы «Спасск» — головного судна серии — в одном из помещений в углах люков твиндеков возникли хрупкие трещины. Для исключения повторных повреждений в углах вырезов были выполнены подвижные клепаные соединения, которые в дальнейшей эксплуатации надежно себя зарекомендовали.

Эксплуатация транспортных рефрижераторов на Дальнем Востоке показывает, что за один рейс им приходится осуществлять до 25 швартовок, часто во время сильного волнения до 6 баллов. Несмотря на наличие на бортах специальных кранцев, воспринимающих динамические нагрузки при швартовке и при совместной с плавучей базой качке, суда получают повреждения конструкций бортов, надстроек и фальшбортов в виде вмятин, гофров и разрывов с одновременными нарушениями целости изоляции.

Остаточные деформации бортов вызывают повреждения изоляции, стоимость восстановления которой составляет большую часть затрат на ремонт всего поврежденного перекрытия. Для уменьшения объема ремонтных работ может быть использована специальная конструкция двойных бортов, позволяющая избежать повреждений внутреннего изолированного борта.

Все рефрижераторы имеют небольшие палубные вырезы. Исключение составляют суда для перевозки охлажденных грузов в специальных контейнерах. Контейнеры с судов могут сразу перегружаться в специальные железнодорожные вагоны для доставки к потребителям.

Рефрижераторные многопалубные суда могут использоваться для перевозки генеральных грузов и легковых автомобилей. Для увеличения объемов грузовых трюмов машинное отделение обычно на них располагают в корме, для этой же цели делают удлиненный бак. Неудобные для размещения грузовые объемы у днища в носовой оконечности используют для устройства балластных танков. Прием в них балласта обеспечивает удифферентовку судна при главных механизмах в надстройке, располагаемых в самой корме (рис. 74).

Устройство транспортного рефрижератора
Рис. 74 Транспортный рефрижератор типа «Прибой». 1 — машинное отделение; 2 — диптанк; 3 — форпиковая цистерна; 4 — фальшборт с завалом; 5 — люк грузового трюма

Горизонтальную обработку грузов через бортовые лацпорты и вертикальную без открытия грузовых люков через элеваторные лючки широко применяют в современных условиях (рис. 75).

Из условий непотопляемости лацпорты устраивают только под верхней палубой над грузовой ватерлинией, не пересекая ледового пояса.

В последние годы за границей строятся рефрижераторы тронкового типа, что позволяет увеличивать их осадку (см. рис. 74).

Поперечное сечение рефрижератора
Рис. 75 Поперечное сечение судна с горизонтальной обработкой грузов

Контейнеры или присоединяют в трюмах рефрижераторов к судовой магистрали охлаждения, или предварительно охлаждают в береговых холодильниках, после чего загружают в заранее охлажденные трюмы судов.

По своей конструкции рефрижераторы-контейнеровозы мало чем отличаются от обычных контейнеровозов и представляют собой однопалубные суда с направляющими для контейнеров, устанавливаемых в несколько ярусов друг над другом.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Август, 15, 2020 73 0
Читайте также