статья из журнала "Морской флот"

Техника морского флота

АТОМНЫЙ ЛЕДОКОЛ "ТАЙМЫР"

А. Окольничников,
В/О «Мортехсудоремпром»;
В. Худин,
ЦНИИМФ

      В 1989 г. ЛЕДОКОЛЬНЫЙ ФЛОТ страны пополнится новым атомным ледоколом «Таймыр», Он станет первым иа двух атомных ледоколов с ограниченной осадкой, которые строятся в Финляндии на верфи А/ О «Вяртсиля морская техника» по совместному финско-советскому проекту.
      Ледоколы предназначены для проводки судов в арктических морях, в том числе на мелководных участках в устьях сибирских рек, а также для выполнения других работ.

      Центральный энергетический отсек (ЦЭО) с атомной паропроизводящей установкой (АППУ) и обслуживающими ее системами спроектирован советскими специалистами. Монтаж оборудования ЦЭО будет осуществляться в период достройки ледокола на Балтийском судостроительном заводе в Ленинграде. Системы и конструкции вне ЦЭО, обеспечивающие работу АППУ, будут выполнены верфью в соответствии с техническими требованиями, основанными на опыте проектирования, строительства и эксплуатации отечественных атомных ледоколов. В период испытаний и сдачи ледоколов на финской верфи для обеспечения необходимых стояночных и ходовых режимов будет использована автономная котельная установка паропроизводительностью около 130 т/ч.
      При проектировании были учтены требования международных правил и конвенций, в том числе Кодекс ИМО по безопасности ядерных торговых судов, МАРПОЛ—73/78 и СОЛАС—74 с соответствующими Протоколами и поправками ИМО, а также требования отечественных санитарных правил и техники безопасности. Ледоколы будут построены на класс Регистра СССР КМ* [2] X ЛЛ2.

      При длительной мощности 32,5 МВт ледоколы будут способны преодолевать лед толщиной около 1,8 м со скоростью 2 уз. На чистой воде при мощности 25 МВт скорость хода ледокола составит 18,5 уз.
      Обводы корпуса ледокола определены по результатам модельных испытаний в ледовом бассейне, при этом особое внимание обращено на ледопроходимость и защиту от льда винто-рулевого комплекса на мелководье. Лопасти гребных винтов — эвольвентно-эпициклоидальной формы, апробированной отечественным опытом эксплуатации ледоколов. Наружная обшивка корпуса и примыкающие к ней конструкции, которые несут ледовые нагрузки, выполнены из специальной отечественной стали марок АБ-1А, АБ-1, сохраняющей свои свойства при температуре наружного воздуха до —50°С.
      На основе специальных динамических модельных испытаний и выполненных затем расчетов прочности предусмотрена конструктивная защита ЦЭО от повреждений при гипотетическом столкновении транспортного судна типа «Норильск» с бортом ледокола в районе этого отсека. В связи с предполагаемой эксплуатацией ледокола на мелководье (при глубине воды под килем до 0,8 м) усилены скуловые и днищевые районы корпуса.
      Для повышения ледопроходимости предусмотрены система пневмообмыва корпуса (ПОУ), обеспечивающая подачу воздуха от компрессоров общей мощностью около 2 МВт через коллекторы в отверстия наружной обшивки, и покрытие подводной части корпуса краской «Инерта-160». Имеется система катодной защиты корпуса.
      Управление ледоколом осуществляется с помощью электрогидравлической четырехпоршневой рулевой машины, передающей момент на баллер полуподвесного полубалансирного руля и имеющей два параллельно подключенных насосных агрегата, автоматически дублирующих друг друга.
      Якорное устройство состоит из двух трехскоростных электрических якорно-швартовных шпилей, трех якорей Холла (один запасной), якорных цепей, стояночных и походных стопоров цепей.
      Швартовка ледокола осуществляется с помощью турачек якорно-швартовных шпилей (с тяговым усилием 200 кН), двух трехскоростных шпилей на корме (с тяговым усилием 80 кН), восьми вьюшек с механизированным приводом и необходимого количества швартовных канатов, кнехтов, в том числе и вращающихся, роульсов и клюзов.
      Буксирное устройство укомплектовано электрогидравлической буксирной лебедкой транзитного типа с тяговым усилием 400 кН, гидравлическим амортизатором, имеющим трехшкивный блок Николаева, пружинным амортизатором (запасным), вспомогательной лебедкой для обработки буксирного троса и механизированной вьюшкой с тросоукладчиком. Органы управления буксирной лебедкой и гидроамортизатором расположены в посту управления буксирной лебедкой. Кроме того, есть пост дистанционного управления лебедкой в рулевой рубке, где имеется также сигнализация о работе гидроамортизатора. Для буксировки судов «вплотную» предусмотрен кормовой вырез с кранцевым отбойным устройством, защищающим корму от динамических нагрузок при внезапном застревании ледокола во льдах. Отбойное устройство рассчитано на буксировку крупнотоннажных судов типа «Дмитрий Донской» и «Норильск». Предусмотрена телеаппаратура с выводом изображения района кормы на мониторы в рулевой рубке.
      Грузовое устройство ледокола состоит из электрогидравличецких кранов — двух в носовой части (грузоподъемностью по 3 тс) для погрузки провизии и снабжения и одного в районе ангара (грузоподъемностью 12 тс) для обслуживания грузового трюма, помещений главных турбогенераторов (ГТГ) и гребных электродвигателей (ГЭД), туннеля гребного вала, механических и электротехнических мастерских с соответствующими кладовыми, а также для обеспечения работ, связанных с ремонтом на плаву винто-рулевого комплекса, включая сопутствующее водолазное обеспечение.
      Для проведения комплекса работ по обслуживанию ЦЭО, в том числе замены ядерного топлива, установлен кран грузоподъемностью 20 тс, которым можно управлять с переносного дистанционного пульта. Все палубные краны имеют закрытые кабины с обогревом.
      Спасательное устройство включает в себя 2 стеклопластиковые закрытые моторные шлюпки вместимостью 70 чел. каждая и 14 самонадувающихся плотов типа ПСН-10. Имеются также стальной моторный рабочий катер грузоподъемностью 1,5 тс и шлюпка-ледянка, спускаемые грузовым краном.
      Все палубные механизмы и устройства сохраняют работоспособность при температуре наружного воздуха -50°С.
      Ледокол оборудован комплексом технических средств, обеспечивающих ближнюю ледовую разведку с помощью базирующегося на его борту вертолета типа КА-32, Комплекс состоит из взлетно-посадочной площадки, ангара, поста управления полетами, необходимых устройств и систем.
      Водолазный комплекс обеспечивает проведение подводных осмотров и ремонтов двумя водолазами одновременно. Он включает в себя водолазную станцию, стационарную декомпрессионную камеру, два комплекта тяжелого и три комплекта легководолазного снаряжения, аппаратуру подводного телевидения, устройства подводной сварки и резки, Имеется возможность присоединения к стационарной декомпрессионной камере переносной (транспортной) камеры с помощью фланца международного образца.
      Жилые помещения экипажа расположены в районах надстройки, наименее подверженных воздействию шума и вибрации. Рядовой состав размещен в одноместных каютах с индивидуальными санузлами, часть кают оборудована откидными пульмановскими койками, Для комсостава предусмотрены каюты улучшенной планировки и блок-каюты, состоящие из кабинета и спальни с санузлом. Имеются также три четырехместные каюты для пассажиров. Всего на ледоколе 138 спальных мест.
      Для отдыха, досуга и спортивных занятий членов экипажа предусмотрены салоны рядового и командного состава, библиотека, кинозал, фотолаборатория, мастерская для любительских занятий, плавательный бассейн с банным блоком, спортзал и спорткаюта с тренажерами,
      В медицинском блоке расположены амбулатория с аптекой, операционная с помещением для стерилизации мединструмента, стационар, изолятор, а также помещение психологической разрядки и фотарий.
      Для пополнения пищевого рациона предусмотрено помещение для выращивания овощей (теплица) с необходимым оборудованием. В хозяйственно-бытовом блоке имеются прачечные для нужд членов экипажа.
      Ледокол оборудован комплексом средств контроля за состоянием радиационной обстановки на борту, Управление стационарными устройствами и системами контроля осуществляется из ЦПУ. Кроме того, имеются лабораторные, переносные и носимые приборы для радиационного контроля и индивидуального дозиметрического контроля членов экипажа.
      В качестве основного источника энергии на ледоколе предусматривается атомная перепроизводящая установка блочного типа, конструкция которой аналогична АППУ строящегося лихтеровоза «Севморпуть»,
      Установка включает в себя один водо-водяной реактор с парогенераторами, циркуляционными насосами и другим необходимым для нормальной и безопасной эксплуатации оборудованием. Перегретого пара с параметрами 30 бар 300°С, получаемого от АППУ, достаточно для работы пропульсивной установки в режиме номинальной мощности и обеспечения всех потребностей судна в условиях минимальных температур наружного воздуха (—50°С).
      Пропульсивная установка обеспечивает во льдах номинальную мощность 32,5 МВт, при этом мощность на фланцах главных турбин равняется 2х18,4 МВт (50000 л.с). При работе установки в форсированном режиме, когда вспомогательные потребители станут получать электроэнергию от резервных дизель-генераторов, максимальная мощность составит 35,5 МВт,
      Пропульсивная установка ледокола состоит из двух ГТГ и трех ГЭД переменного тока мощностью по 12 МВт, обеспечивающих передачу мощности на три гребных винта фиксированного шага диеметром 5000 мм с частотой вращения 3 с^-1 (180 об/мин). Гребные винты — со съемными лопастями, соединение винта с гребным валом фланцевое.
      В состав установки также входят два вспомогательных турбогенератора (ВТГ) типа ОК-3С мощностью по 2 МВт, три резервных дизель-генератора (РДГ) мощностью по 3200 кВ•А, два аварийных дизель-генератора (АДГ), резервные котлы и другое вспомогательное оборудование, необходимое для нормального функционирования АППУ и ледокола в целом.
      Главные турбоагрегаты (ГТА) 642Т, применяемые е качестве привода главных генераторов, представляют собой модернизированный вариант ГТА, установленных на отечественных атомных ледоколах типа «Арктика». При спецификационных параметрах пара перед маневровым устройством турбины номинальная мощность равна 18,4 МВт при частоте вращения 50 с^-1 (3000 об/мин). Удельный расход пара на ГТА составит около 4,9 кг/кВт•ч.
      Маневровое устройство турбин, состоящее из быстрозапорного и регулирующего клапанов и клапана травления пара на главный конденсатор, будет поставляться фирмой «Сименс», что обусловлено особенностями принятой схемы судовой электроэнергетической системы и необходимостью обеспечения устойчивой параллельной работы ГТГ на всех режимах,
      Охлаждение главных конденсаторов обеспечивается установкой трех (один резервный) турбоциркуляционных насосов забортной воды, поставляемых вместе с ГТА 642Т. Конструкция системы забортной воды ледокола и принятая схема автоматического регулирования будут обеспечивать в ледовых условиях поддержание на входе в главные конденсаторы и другие теплообменники постоянной температуры воды +10°С.
      В качестве приводов РДГ будут установлены дизели фирмы «Вяртсиля Вааса» типа 16V22 мощностью 2360 кВт при частоте вращения 16,7 с^-1 (1000 об/мин). Пусковые характеристики дизелей обеспечивают прием необходимой нагрузки в течение 20 с после получения команды на запуск. Кроме резервного электроснабжения судовых потребителей, РДГ предназначены для обеспечения хода ледокола на чистой воде при неработающей АППУ.
      В качестве аварийных установлены агрегаты типа АДГР 200/1500 мощностью 200 кВт каждый.
      Пар для общесудовых нужд будет поступать от двух парогенераторов низкого давления (ПГНД) производительностью 5,5 т/ч при давлении 5 бар, греющей средой в которых является пар от АППУ. Для получения вспомогательного пара при неработающей АППУ на ледоколе устанавливаются два водотрубных котлоагрегата типа КАВ 6,3/7 паропроизводительностью 6,3 т/ч при давлении 7 бар.
      Для охлаждения многочисленных вспомогательных теплообменников на ледоколе будет применена система центрального охлаждения пресной водой с двумя центральными пластинчатыми холодильниками мощностью 2х3300 кВт, что позволяет значительно повысить надежность охлаждения оборудования.
      Сжатый воздух различного давления для АППУ и систем пневмоавтоматики будет вырабатываться двумя электроприводными компрессорами высокого (200 бар) давления с воздушным охлаждением производительностью по 90 м3/ч и двумя компрессорами среднего давления производительностью 60 м3/ч каждый.
      Для пополнения запасов котельнопитательной воды и обеспечения других судовых нужд в пресной воде устанавливаются три водоопреснительных установки типа МЗС производитель ностью по 60 м3/сут каждая. После опреснителей предусматриваются ионообменные фильтры для получения дистиллата, удовлетворяющего действующим стандартам для питательной воды паротурбинных установок с АППУ.
      Спецификационные режимы работы системы АППУ—ПТУ обеспечиваются выбором соответствующего оборудования трубопроводов второго контура. В системе установлены три турбопитательных насоса типа ПТН-14А производительностью 220 м3/ч, два резервных питательных электроприводных насоса производительностью 20 м3/ч и два аварийных питательных насоса производительностью 15 м3/ч. Для очистки конденсата, поступающего в деаэратор, установлены три (один резервный) ионообменных фильтра. Емкость деаэратора — 14 м3. Сброс пара и пароводяной смеси при пусках и выводе АППУ из работы осуществляется на пусковой конденсатор типа ХВ 200.
      Применение двухтурбинной установки в сочетании с побортным размещением основных систем и трубопроводов, резервирование основного оборудования и выбор хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации механизмов — все это обеспечит необходимую для нормальной эксплуатации АППУ и ледокола степень надежности энергетической установки в целом.
      На ледоколе установлены традиционные для ледоколов финской постройки резинометаллические дейдвудные подшипники с системой циркуляционной смазки и охлаждения пресной водой.
      В нормальных эксплуатационных режимах ГЭД получают питание от ГТГ со щита ГЭУ через статические преобразователи частоты — трехфазные мостовые шестипульсные преобразователи, включенные по встречно-параллельной схеме, так называемые циклоконверторы (мощностью по 12,4 МВт). Собственные нужды ледокола и его энергетической установки в электроэнергии удовлетворяются в этих режимах работой двух ВТГ, каждый раздельно на свои собственные щиты (ГРЩ1 и ГРЩ2). В случае необходимости и при резерве мощности в системе ГЭУ часть потребителей может получать питание от щита ГЭУ через трансформаторы напряжением 6,3/0,4 кВ мощностью 3200 кВ•А. Это в первую очередь потребители, на работу которых не оказывает существенного влияния качество электроэнергии (потребители ГРЩЗ). При этом электроприводы механизмов АППУ, все системы контроля, защиты и управления, требующие электроэнергии высокого качества, должны получать питание от ВТГ через ГРЩ1 и ГРЩ2 или РДГ, включенного на те же шины.
      От аварийных распределительных щитов АРЩ1 и АРЩ2 получают питание ответственные потребители АППУ, а от АРЩ3 — ответственные потребители общесудового назначения. В случае обесточивания и включения только одного из двух АДГ ответственные потребители общесудового назначения питание не получают. Они подключаются лишь тогда, когда работают оба АДГ.
      Все механизмы, обеспечивающие работу АППУ, получают дублированное питание либо от ГРЩ1 и №Щ2, либо от АРЩ1 и АРЩ2. Тем самым гарантируется их питание в любых режимах.
      При отключении АППУ ход ледокола обеспечивается одним ГЭД, например, среднего винта, получающим питание от двух РДГ через трансформаторы и шины щита ГЭУ. В этом случае мощность, передаваемая на винт, равна 4 МВт. Третий РДГ работает на потребителей собственных нужд ледокола.
      Характерной особенностью гребной электроэнергетической установки ледокола «Таймыр» является использование переменного тока для питания ГЭД. Регулирование частоты их вращения осуществляется изменением частоты выходного напряжения в диапазоне от 0 до 15,4 Гц с помощью циклоконверторов. Выбор в качестве непосредственного преобразователя частоты циклоконвертора обусловлен двумя его основными преимуществами по сравнению с аналогичными устройствами, имеющими промежуточное звено постоянного тока: низкой выходной частотой, позволяющей достаточно просто обеспечить частоту вращения ГЭД в диапазоне 100— 200 об/мин, и более высокими массогабаритными показателями. От циклоконверторов получает питание только одна фаза ГЭД, т. е. для каждого ГЭД используется три, по числу фаз, преобразователя частоты.
      Управление ГЭУ и ее регулирование осуществляется с помощью микропроцессорной системы фирмы «Стремберг» (типа СЕЛМА-2). Вся необходимая информация выводится на дисплеи, установленные в ЦПУ.
      В качестве гребных машин установлены синхронные электродвигатели, которые обладают механическими характеристиками, соответствующими условиям взаимодействия гребных винтов со льдом, и имеют большие, по сравнению с асинхронными, воздушные зазоры между статором и ротором. Последнее обстоятельство особенно важно ввиду вибрации и ударов, испытываемых ледоколами во льдах.
      Принципы регулирования ГЭУ ледокола «Таймыр» аналогичны принципам регулирования систем электродвижения на постоянном токе. Они включают в себя обеспечение постоянства мощности установки в различных режимах (от хода на чистой воде до швартовного); увеличение вращающего момента при уменьшении частоты вращения; обеспечение максимального вращающего момента при заклинивании гребного винта; уменьшение частоты вращения гребного винта при его оголении или потере лопасти.
      Управление ГЭУ может осуществляться из трех постов: ЦПУ, рулевой и кормовой рубок.
      Отличительной особенностью этого ледокола по сравнению с предшествующими атомными ледоколами является широкое использование на нем современной электронной и микропроцессорной техники.
      Основой автоматизации энергетической установки является информационно-измерительная и управляющая система «Даматик Марин» финской фирмы «Валмет Аутомейшн», выполненная на базе микропроцессоров. Система контролирует более 1000 параметров, регулирует величины давлений, температур, уровней в системах судна, осуществляет автоматическое и дистанционное управление насосами и клапанами судовых систем. Ее преимущества по сравнению с традиционными системами контроля и управления состоят в более широких функциональных возможностях при меньшем объеме однородной (унифицированной) аппаратуры, что достигается благодаря программному решению задач обработки информации, в высокой информативности, обеспечиваемой использованием цветных телевизионных видеоконтрольных устройств, в повышенной надежности благодаря аппаратному и программному резервированию наиболее важных функций, в простоте поиска и устранения отказов, чему способствует наличие самодиагностики и тестового контроля.
      Контроль и регулирование параметров АППУ выполняются комплексом систем автоматизации отечественного производства, который связан с системой «Даматик», что даст операторам ЦПУ возможность получать полную информацию о работе АППУ на экранах видеоконтрольных устройств.
      На ледоколе будет установлена система расчета технико-экономических показателей работы АППУ, ПТУ и ГЭУ, выполненная на базе микро-ЭВМ «Степуан» фирмы «Эрикссон». Информацию, необходимую для анализа параметров и расчета показателей, микро-ЭВМ будет получать от системы «Даматик». Результаты расчетов будут выводиться на экран отдельного видеоконтрольного устройства и регистратор, размещенные в ЦПУ.
      Для управления главными турбинами и их регулирования используется электронная система, спроектированная западно-германской фирмой «Сименс». Система будет осуществлять автоматизированный пуск и остановку турбин по программе, автоматическую защиту снижением нагрузки и остановкой, регулирование частоты вращения, распределение нагрузки между турбогенераторами при параллельной работе, поддерживание давления пара в главном паропроводе с точностью ±0,5 бар на всех режимах работы АППУ, ПТУ и ГЭУ.
      Фирма «Сименс», кроме того, поставит на ледокол систему вибродиагностики главных турбогенераторов, выполненную на базе микро-ЭВМ «РС-16». Система будет измерять величины абсолютной вибрации корпусов турбин и генераторов, относительной вибрации и аксиального сдвига валов, а также вести частотный анализ вибрации с представлением результатов на видеоконтрольное устройство и графопостроитель в ЦПУ. Предусмотрена автоматизированная система диагностики главных конденсаторов.
      Для автоматизации ВТГ, РДГ, котлов, ПГНД, ТПН, ТЦН, опреснителей, компрессоров сжатого воздуха, сепараторов топлива и масла, креновой и дифферентной систем, системы пневмообмыва и т. д. используются отдельные локальные системы автоматики, поставляемые с оборудованием.
      В ЦПУ будут нести постоянную вахту операторы АППУ, ПТУ и ГЭУ. Предусмотрено место за пультом для оператора-дозиметриста. Размещение пультов и щитов в ЦПУ, расположение на них средств контроля и управления учитывает требования эргономики для формирования оптимальных рабочих зон вахтенных операторов.
      Опыт эксплуатации предшествующих атомных ледоколов показал целесообразность создания в машинных помещениях местных шумоизолированных постов для контроля работы основного оборудования. На ледоколе предусмотрены два таких поста — в отделениях ГТГ и РДГ. В первом посту будут размещены средства для автоматизированного программного пуска и остановки главных турбин, управления турбинами и контроля за их работой, а также приборы контроля основных параметров ВТГ2. Во втором посту расположен пульт контроля параметров ВТГ1 и РДГ.
      Навигационное обеспечение ледокола включает в себя спутниковый навигационный комплекс «Шхуна» и спутниковый приемоиндикатор «FURUNO FSN-70» с видеодисплеем и курсопрокладчиком; РЛС «Океан-С» и РЛС «IMA 850» с устройством уменьшения помех; гирокомпас «Вега» и два гирокомпаса «Курс-4»; магнитный компас с оптической передачей данных «КМО-Т»; индукционный лаг «ИЭЛ-2М» и ледовый лаг «NMD-3», подключенные к гирокомпасу «Вега», спутниковой системе навигации и РЛС; эхолоты «МЗБ» и «LAZ-72АТ», позволяющие с высокой точностью контролировать малые глубины под килем (эхолоты имеют вибраторы в специальном ледовом исполнении для исключения их повреждений); радиопеленгатор «Румб».
      Для обслуживания полетов бортового вертолета предназначены РЛС «IMA 860», радиомаяк, автоматический радиопеленгатор, метеостанция и другое оборудование.
      Устойчивая радиосвязь обеспечивается комплексом спутниковой связи «Волна-С» и «IUE-35B» с переговорными и печатающими устройствами, двумя главными передатчиками «Муссон-2», двумя эксплуатационными передатчиками «Бриг-2«, двумя УКВ станциями «Рейд-1» и двумя — «Пихта», станцией «Ангара-РБ» для ведения беспоисковой и бесподстроечной связи и подачи телефонного и телеграфного сигналов тревоги и бедствия. Комплекс радиосвязи включает в себя также два буквопечатающих аппарата «ITT LORENTS LO-3000» с устройствами повышения достоверности передачи данных «МХ-80», фототелеграфный аппарат «Иней-П», пять всеволновых приемников «Циклоида».
      Для внутрисудовой связи на ледоколе имеются системы «Рябина», обеспечивающие громкоговорящую связь между постами, безбатарейная телефонная и автоматическая телефонная связь в комплекте со станцией типа «КАТС-К240» с обеспечением связи всех абонентов с берегом, двусторонние линии связи между основными постами и служебными помещениями.
      Для повышения оперативности визуальной информации предусмотрены контрольные телевизионные системы в ЦЭО, помещениях ГТГ и РДГ с выводом на видеомониторы типа «SALORA-41DS», расположенные в ЦПУ.
      На ледоколе установлена система «Глобус-ЦТ» для приема программ Центрального телевидения и система «Экран-КРС» для приема телеинформации через спутники и передачи ее на другие суда в караване. В каждой каюте имеются цветные видеопросмотровые устройства. Имеется система радиовещания с антенными усилителями для обеспечения уверенного приема программ в Арктике.