статья из журнала "Судостроение"

Проектирование судов

ТРАНСПОРТНОЕ СУДНО ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ "НОРИЛЬСК"

      Морской транспорт занимает все более значительное место в развитии экономики страны и, в частности, в решении тех задач народного хозяйства, которые отражены в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года". Для их выполнения, как указано в постановлении, необходимо пополнить флот судами арктического плавания и ледоколами и обеспечить круглогодичную навигацию в западной части Северного морского пути и своевременную доставку необходимых грузов в районы Крайнего Севера и Дальнего Востока. Частью выполнения намеченной программы является заказ судов арктического плавания типа СА-15, строительство которых ведется в Финляндии на верфях фирм "Вяртсиля" (9 ед,) и "Валмет" (5 ед.).
      При проектировании этих судов придавалось особое значение следующим вопросам: - широкая универсальность судна по номенклатуре грузов; - ледопроходимость и маневренность в ледовой обстановке; - рациональный тип главной энергетической установки (в том числе передача энергии на винт); - оптимальные проектные метеоусловия (главным образом, наружные температуры воздуха); - прочность корпуса и применение соответствующих материалов; - способы выполнения грузовых операций на необорудованный берег и на припай; - совместная работа транспортного судна и ледокола, обеспечивающая как проход во льдах, так и работу на припай.
      Головное судно серии "Норильск" является двухпалубным одновинтовым судном с пятью грузовыми трюмами, баком и ледокольной носовой оконечностью. Твиндечная палуба от носовой переборки трюма № 2 до переборки румпельного отделения приспособлена для горизонтальной погрузки колесной техники (рис. 1, 2). Машинное отделение и жилая надстройка расположены в кормовой части между трюмами № 4 и 5. Судно построено на класс Регистра СССР КМ*УЛА |2| А2 и удовлетворяет требованиям действующих международных конвенций.

Основные элементы и характеристики:
Длина, м
    наибольшая (без учета кормовой наделки) ... 174,0
    по КВЛ ... 164,0
Ширина, м
    наибольшая ... 24,5
    по КВЛ ... 24,0
Осадка, м
    летняя ... 10,5
    арктическая, обеспечивающая двух отсечную непотопляемость ... 9,0
Дедвейт, т ... 20000/14700
Контейнеровместимость, шт.
    6,1-метровые типа 1C ... 576
    12,2-метровые типа 1А ... 236
Длительная эксплуатационная мощность главных двигателей, кВт ... 13850
Скорость на испытаниях, уз ... 17,0
Дальность плавания, мили ... 16000
Автономность, сут. ... 40
Количество мест для экипажа, пассажиров и лоцмана ... 52

      В состав дедвейта входят 15700 т груза, 3790 т топлива, 50 т смазочного масла, 200 т пресной, 180 т питьевой и 50 т котельной воды; масса экипажа с запасами составляет 30 т. Коэффициент общей полноты корпуса при осадке 10,5 м - 0,73.
      Судно способно перевозить генеральные грузы, колесную технику, стандартные контейнеры типов 1C и 1А, в том числе увеличенной высоты, специальные контейнеры с обогащенной никелевой рудой, руду, каменный уголь, рефрижераторные грузы в контейнерах (50 шт. типа 1C), зерно насыпью. В трюме № 1 возможна перевозка горючесмазочных материалов в таре, взрывчатых веществ, легковоспламеняющихся жидкостей и химикалий. На люковых закрытиях верхней палубы перевозятся контейнеры, пакетированные лесоматериалы и круглый лес с высотой укладки до 5 м. Размеры люковых закрытий и соответственно трюмов выбраны таким образом, чтобы обеспечить транспортировку длинномерных и крупногабаритных грузов массой до 80 т. Их погрузка производится спаренным краном 2х40 т, установленным между трюмами № 2 и 3.
      Для выполнения грузовых операций горизонтальным способом предусмотрена бортовая аппарель длиной 18 м, установленная в кормовой части (рис. 3). Свободная ширина проезда составляет 5 м, допустимая осевая нагрузка 190 кН, общая нагрузка 560 кН, подъем и спуск аппарели возможен при крене 5° и дифференте 2°. При угле крена 8° обеспечивается работа на причалы и ледовый припай с высотой 1,0-4,0 м от уровня воды при угле наклона аппарели не более 17°.
      Поскольку судно может эпизодически выполнять снабженческие операции, на люковых закрытиях предусмотрена возможность перевозки двух грузовых платформ на воздушной подушке грузоподъемностью по 40 т (рис. 4). Для заправки их топливом, поддержания в рабочем состоянии и выполнения ремонтных работ подведены специальные трубопроводы и электрические трассы. Люковые закрытия верхней палубы по своей прочности и габаритам способны выдерживать груженые платформы массой до 78 т. Кроме того, на закрытие 3-го трюма могут устанавливаться другие транспортные средства для доставки груза на берег, например баржи. Грузообработка вертикальным способом производится с помощью трех 20-тонных и двух 40-тонных кранов.
      Судно в целом спроектировано для работы при температуре наружного воздуха -50 °С; его корпус имеет специальные ледокольные обводы, наклонный борт и оборудован системой пневмообмыва, что в совокупности с высокой энерговооруженностью и применением краски "Инерта 160" в районе ледового пояса обеспечивает самостоятельное продвижение со скоростью 1 уз в сплошном ровном льду толщиной около 1 м при снежном покрове до 20 см. Система пневмообмыва обслуживается двумя дизель-компрессорами мощностью по 650 кВт. Воздух подается в нагнетательные трубы, откуда через отверстия в бортовой обшивке выходит наружу. Конструкция системы позволяет подавать воздух через часть отверстий, т.е. система может выполнять функции подруливающего устройства. Как показывает опыт эксплуатации, такие системы значительно уменьшают сопротивление судна во льду за счет предотвращения налипания льда и снега на корпус.
      Оконечности и борт от двойного дна до твиндечной палубы набраны по поперечной системе, а днище, двойное дно и конструкции выше твиндечной палубы - по продольной. В носовой части ледового пояса, в районе топливных танков, установлены дополнительные ледовые подкрепления.
      Категории сталей выбраны в соответствии с температурными полями, которые определялись расчетным путем, исходя из температуры наружного воздуха -50 °С и температуры забортной воды -2 °С, В районе грузовой части применены следующие стали (рис. 5): для наружной днищевой обшивки до минимальной балластной осадки или осадки порожнем (в зависимости от того, что меньше), набора двойного дна - сталь категории В (бт =294 МПа), для двойного дна, внутренней обшивки грузового трюма, твиндечной палубы, рамного набора, твиндека и диафрагмы двойного борта - сталь категории Е (294 МПа), для наружной обшивки выше балластной ватерлинии, верхней палубы, конструкции комингсов люков, "легкого" набора - сталь категории Е32 (334 МПа), для коробчатого киля - сталь категории Д (235 МПа), для ледового пояса - сталь категории Е32 ("Роlar", 372 МПа). Следует также отметить, что обшивка надстройки и ее набор, а также выгородки, примыкающие к наружному контуру по ширине около 800 мм, выполнены из сталей категории Е. Сталь категории Е32 изготовлена с присадками, среди которых имеются алюминий, ниобий и ванадий, обеспечивающие надежную работу материала при низких температурах, В стали марки "Роlаг" основными добавками являются алюминий, никель и медь. Эта сталь специально изготавливается для арктических условий.
      Для совместной работы транспортного судна и ледокола методами "на усах" и "тандем" в надводной части носовой оконечности предусмотрены утолщение обшивки до 24 мм и установка дополнительного набора, а в кормовой - выступающая за габариты корпуса конструкция, выполняющая функции буфера (рис. 6).

      Энергетическая установка "Норильска" и способ передачи энергии на гребной винт не имеют аналогов на других судах ММФ активного ледового плавания. Их выбору предшествовала большая подготовительная работа, проделанная специалистами обеих стран; в результате была выбрана схема, показанная на рис. 7.
      От двух дизелей "Вяртсиля-Зульцер" максимальной длительной мощностью по 7700 кВт при 560 об/мин, соединенных с валами эластичными муфтами, энергия передается на одноступенчатый сдвоенный редуктор (4,66:1) через гидродинамические муфты. Детали редуктора рассчитаны на кратковременные динамические нагрузки, в 6 раз превышающие абсолютную величину суммарного номинального крутящего момента главных двигателей. Упорный подшипник установлен за редуктором что позволяет значительно упростить его конструкцию и повысить надежность в эксплуатации.
      Муфты сцепления обеспечивают непосредственную передачу энергии на редуктор и ВРШ, т.е. при движении судна на чистой воде, когда гидродинамические муфты выключаются. Работа судна во льдах осуществляется при заполненных гидродинамических муфтах и выключенных муфтах сцепления. Частота вращения винта контролируется степенью наполнения гидродинамических муфт; при этом на гребном валу обеспечивается поддержание номинального крутящего момента. Необходимо отметить, что гарантируемый КПД установки в целом при работе через муфты сцепления составляет около 98, а через гидродинамические муфты - 89%. Гидродинамические муфты функционируют без ограничения по времени при 85%-ном проскальзывании; при 100%-ном проскальзывании время их работы ограничено.
      Энергетическая установка способна работать на одном или обоих двигателях, причем реверс может осуществляться как перекладкой лопастей ВРШ, так и изменением направления вращения дизелей. Распределение нагрузки между дизелями автоматическое. Ввиду возможных неблагоприятных условий для работы всей системы во льдах, двигатели имеют защиту от перегрузки - при увеличении момента на винте предусмотрено автоматическое уменьшение шага. Возврат лопастей винта в исходное положение производится с выдержкой времени.
      При работе ВРШ в режиме ВФШ частота вращения винта регулируется количеством масла в гидродинамической муфте. Винт может вращаться с частотой меньшей, чем соответствующая минимально-устойчивым оборотам главного двигателя.
      Дистанционное автоматическое управление системой "двигатели - ВРШ" осуществляется по комбинированной программе при ходе судна на чистой воде и по постоянной частоте вращения при работе во льдах. В системе управления предусмотрены "защитные" варианты в случае выхода из строя той или иной системы. Например, в рулевой рубке имеется дополнительная аварийная система управления шагом ВРШ. При выходе из строя гидравлической системы перекладки лопастей ВРШ дальнейшее управление осуществляется двигателями из ЦПУ в режиме ВФШ. Объем резервирования и схемы управления, предусмотренные на судне, позволяют считать, что оно имеет возможность надежно маневрировать в любой ледовой обстановке.
      При проектировании винторулевого комплекса большое внимание обращалось на его защиту в ледовых условиях. Специалисты обсуждали различные аспекты этой проблемы с учетом опыта эксплуатации танкеров "Лунни" и "Киисла". Для принятия окончательного решения были проведены дополнительные испытания в опытовом ледовом бассейне, которые показали, что принятые кормовые обводы корпуса и расположение винта обеспечивают малую вероятность контакта движителя с отдельными льдинами на переднем и заднем ходах. Выбранная прочность валовой линии и винта допускает их работу в этом режиме без перегрузок.
      На судне установлены четыре дизель-генератора мощностью 800 кВ*А каждый напряжением 400 В. В качестве привода используются дизели "Вяртсиля-Васа" мощностью по 810 кВт при 750 об/мин. Электростанция автоматизирована.
      Поскольку эксплуатация судна возможна при температурах до -50°С, для обеспечения надежной работы систем, в первую очередь топливных и балластных, в паропроизводящую установку входят два вспомогательных автоматизированных котла по 6 т/ч с рабочим давлением 790 кПа и два утилизационных котла по 2 т/ч при таком же давлении. Системы подогрева топливных и балластных танков выполнены из стали и алюминиевой бронзы соответственно. На судне предусмотрена установка оборудования в соответствии с требованиями МАРПОЛ-73/78.
      Экипаж размещен в одноместных каютах с санитарным блоком в каждой из них, капитан, главный механик и старший комсостав - в блочных каютах. Предусмотрены двухместные пассажирские каюты, а также каюта начальника экспедиции и лоцмана. В распоряжение экипажа предоставлены спортзал площадью около 40 м2 и высотой 5 м, сауна, солярий, закрытый бассейн. Судовые помещения оборудованы системой кондиционирования воздуха, рассчитанной на работу в диапазоне температур от +35 до -50 °С.

Л. П. Николаев

ФОТОГРАФИИ