статья из журнала «Судостроение»

Проектирование судов

АТОМНЫЙ МЕЛКОСИДЯЩИЙ ЛЕДОКОЛ «ТАЙМЫР»

Л.Г. Цой, А.К. Синяев

      Потребность морского флота в ледоколах с ограниченной осадкой, призванных продлить навигацию в прибрежных районах арктических морей и устьях сибирских рек, определилась еще в начале 70-х годов. Первыми такими судами стали дизель-электрические ледоколы типа «Капитан Сорокин» мощностью около 18 МВт (1977 г.).
      Опыт подтвердил соответствие этих судов гидрографическим особенностям районов эксплуатации. Но одновременно выяснилось, что для надежного и эффективного круглогодичного функционирования одной из важнейших арктических линий Мурманск — Дудинка, где лимитирующим является енисейский участок трассы, необходимы более мощные мелкосидящие ледоколы с повышенными ледопроходимвстью и автономностью.
      Согласно выполненному ЦНИИМФом и Союзморнинпроектом технико-экономическому обоснованию такие ледоколы, имея минимальную рабочую осадку около 8 м, должны преодолевать непрерывным ходом припайный лед толщиной до 1,8 м. Для исключения затрат времени на пополнение запасов топлива и для поддержания постоянной минимальной рабочей осадки было признано целесообразным применить атомную энергетическую установку. Как показали ранние проработки, потребная мощность на валах такого ледокола должна составлять не менее 30 МВт. Произведенные с учетом продления сроков навигации и перспектив развития ледокольно-транспортного флота сопоставительные эксплуатационно-экономические расчеты свидетельствуют, что мелкосидящий ледокол с АЭУ будет эффективнее существующих ледоколов типа «Капитан Сорокин» с ДЭУ.
      Новый ледокол под названием «Таймыр», предусмотренный программой пополнения флота в 12-й пятилетке, был заказан в Финляндии. Разработанные ЦНИИМФом основные технико-эксплуатационные требования были переданы фирме «Вяртсиля мэрин» в 1980 г. Учитывая отсутствие у фирмы опыта в проектировании и строительстве атомных судов, было принято решение об участии в этом проекте Минсудпрома, на организации которого возлагались работы по центральному энергетическому отсеку (ЦЭО) и установке на ледоколе однореакторной атомной паропроизводящей установки (АППУ). Кроме того, была создана группа экспертов из специалистов Минморфлота и фирмы-строителя, которой в достаточно короткие сроки удалось решить ряд сложнейших вопросов, связанных с новыми техническими решениями в части удовлетворения требований по ограничению осадки и главных размерений ледокола, а также его маневренности и ледопроходимости.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Длина, м
наибольшая без кормового кринолина	150,0
по КВЛ	140,8
Ширина, м
наибольшая	29,2
по КВЛ	28,0
Высота борта до главной палубы, м	15,2
Осадка, м
максимальная	9,0
по КВЛ (минимальная рабочая)	8,0
Водоизмещение при осадке по КВЛ, т	19000
Дедвейт, т
минимальный	705
максимальный	3550
Мощность на валах, кВт
максимальная при работе резервных дизель-генераторов	35500
длительная во льдах	32500
длительная на чистой воде	25000
Скорость на чистой воде, уз	18,5
Экипаж, чел.	110

      В 1982 г. фирма выполнила предконтрактный проект, однако не все принятые в нем решения могли удовлетворить заказчика. Совместная работа позволила значительно улучшить проект и повысить его эксплуатационные качества. В частности, при сохранении ограниченной осадки и жесткой экономии в составляющих нагрузки удалось уменьшить длину судна на 5,4 м и ширину на 0,6 м. Эти размерения получены при увеличении до 0,6 коэффициента общей полноты корпуса по сравнению с принятыми у традиционных ледоколов 0,54—0,56.
      Для обеспечения требуемой ледопроходимости фирмой были выполнены обширные модельные испытания в собственном ледовом бассейне. В результате возникла необходимость в компенсации отрицательного влияния на ледовую ходкость увеличенного b и связанного с этим уменьшения развала бортов до 10° по сравнению с 16—20° отечественных ледоколов. Это потребовало усовершенствования носовой оконечности судна. В частности, заметно увеличены углы развала носовых шпангоутов и заострения ватерлиний при уменьшенном до 23° угле наклона форштевня. Эти новшества отрабатывались при сохранении удовлетворительных мореходных качеств ледокола.
      Серьезному обсуждению был подвергнут вопрос о рациональном количестве рулей. Первоначально фирма предложила трехрульный вариант винторулевого комплекса (по одному рулю за каждым из трех винтов), что, по мнению специалистов фирмы, должно было значительно улучшить поворотливость ледокола в сплошных льдах, учитывая, что ему придется работать в условиях стесненных акваторий. Однако, как показали модельные испытания, поворотливость во льдах такого варианта ледокола лишь немногим лучше, чем у судна с одним центральным рулем увеличенной в приемлемых пределах площади. К тому же проходимость существующих ледоколов с двумя и четырьмя рулями во льдах на заднем ходу значительно хуже. Имея в виду, что в условиях ограниченной акватории ледоколы вынуждены, как правило, разворачиваться способом «звездочка», часто двигаясь задним ходом, вариант с тремя рулями был признан неприемлемым.
      Был решен также ряд других вопросов, связанных с повышением ледовой прочности, выбором материала и конструкции корпуса, комплектацией энергетической установки и движительного комплекса.
      После отработки и согласования основных параметров будущего атомохода 12 ноября 1984 г. состоялось подписание контракта на постройку двух ледоколов — «Таймыр» и «Вайгач». Передача фирмой ледоколов на достройку для монтажа ЦЭО на Балтийском заводе предусматривалась в апреле 1988 и 1989 гг. свответственно, сдача в эксплуатацию - в 1989 и 1990 гг.
      Строительство «Таймыра» явилось примером наиболее плодотворной кооперации между Финляндией и Советским Союзом в области ледоколостроения. В результате стоимость советского оборудования и материалов достигла 13% от полной стоимости судна; обычно эта цифра оставалась в пределах 5—6%. Среди отечественных поставок — главные турбоагрегаты, гребные винты, радио- и навигационное оборудование, высокопрочная хладостойкая корпусная сталь АБ-1 с пределом текучести 490 МПа, взлетно-посадочная площадка для вертолета и др.
      Согласно заданию ледокол «Таймыр» представляет собой турбоэлектрический атомоход длительной мощностью на валах 32,5 МВт с трехвальной пропульсивной установкой и кормовым расположением гребных винтов. Ледокол предназначен для проводки судов в Арктике и в замерзающих неарктических морях, буксировки их во льдах и на чистой воде, оказания помощи судам при получении ими ледовых повреждений. Непосредственные задачи атомохода заключаются в обеспечении судоходства в мелководной прибрежной части СМП в навигационный период, круглогодичных проводках судов в северной части Енисея и проводках судов в зимне-весенний период в мелководные замерзающие порты Севера и Дальнего Востока. Исходя из этих задач, расчетные температуры воздуха составляют зимой —50°С, летом +25°С. Атомоход удовлетворяет требованиям Правил Регистра СССР, предъявляемым к ледоколам класса ЛЛ2, а также всем международным конвенциям, нормам и правилам, действовавшим на момент подписания контракта с учетом установки на нем ядерного реактора. Ледокол может работать на особо мелководных участках при глубине воды под килем до 0,8 м, что учитывалось при проектировании винто-рулевого комплекса, системы охлаждения забортной водой главных конденсаторов и механизмов энергетической установки и т. п.
      Ледопроходимость на глубокой воде в ровном сплошном незаснеженном льду прочностью около 500 кПа при неработающей системе пневмообмыва, скорости около 2 уз и мощности 32500 кВт составляет 1,77 м. Кроме системы пневмообмыва, предотвращающей облипание корпуса снежно-ледяной массой и снижающей сопротивление при движении в заснеженных и битых льдах, улучшению ледовой ходкости способствует применение для окраски подводной части корпуса покрытия «Инерта-160». Мощность энергетического оборудования системы пневмообмыва — около 2000 кВт. Быстродействующие дифферентная и креповая системы упрощают высвобождение ледокола из заклиниваний.
      В ЦЭО ледокола «Таймыр» размещен один водо-водяной реактор, вырабатывающий пар для двух турбин советского производства; турбины служат для привода главных генераторов, изготовленных западногерманской фирмой «Сименс». В энергоустановку входят также два вспомогательных турбогенератора, два парогенератора низкого давления и три испарителя для выработки пресной воды. Для повышения живучести однореакторного ледокола на нем установлены резервные дизель-генераторы с запасом топлива на 3 сут. Работая на средний гребной электродвигатель, они обеспечивают скорость на чистой воде около 8 уз. Работа оборудования ЦЭО контролируется из центрального поста управления; предусмотрены также химическая и радиометрическая лаборатории, мастерская и лаборатория контрольно-измерительных приборов, автоматики и радиационного контроля.
      Впервые в отечественной практике на «Таймыре» применено электродвижение на переменно-переменном токе. Шведское акционерное общество «Стремберг драйве» изготовило для гребной электрической установки двигатели переменного тока. Эта техническая новинка сначала была проверена на финском ледоколе «Отсо», построенном в 1986 г., на котором синхронные электродвигатели переменного тока управляются непосредственными преобразователями частоты. Применение электродвигателей переменного тока по сравнению с установкой на постоянном токе позволяет получить больший КПД и снизить массогабаритные характеристики; уменьшается также потребность в техобслуживании.
      Широкое применение на судне нашла микроэлектроника: имеется более десяти ЭВМ со своими цепями автоматической системы регулирования. Основой автоматизированного управления механизмами является система контроля и управления «Даматик мэрин» финской фирмы «Валмет отомейшн»; система, обслуживающая главные турбины, создана фирмой «Сименс».
      Гребные винты атомохода диаметром по 5 м имеют лопасти эвольвентно-эпициклоидальной формы. Она была разработана ЦНИИМФом и исследована в ледовом бассейне ААНИИ и в Норвежской гидродинамической лаборатории. Такая форма лопастей позволяет существенно снизить ледовые нагрузки на движительный комплекс при взаимодействии винта со льдом и импульсные воздействия на корпус. Общая тяга винтов на режиме, близком к швартовному при мощности 32,5 МВт и осадке 8 м, составляет 2950 кН.
      Ледокол имеет двойное дно и двойные борта по всей длине, а десять главных поперечных водонепроницаемых переборок обеспечивают его непотопляемость при затоплении двух любых смежных отсеков. Для оценки защищенности реакторного отсека в аварийных ситуациях акционерное общество «Иматран войма» разработало по заданию «Вяртсиля мэрин» расчетную модель. Выполненные исследования и моделирование в масштабе 1:10 столкновения с судном типа СА-15 (головное «Норильск» дедвейтом 20000 т) подтвердили надежность примененной конструктивной защиты ЦЭО. Даже в случае гибели ледокола будет обеспечена защита окружающей среды от радиоактивных выбросов. Все жилые помещения максимальной вместимостью 140 чел. вынесены из основного корпуса и размещены в пятиярусной надстройке. Большинство кают — одноместные.
      Кроме технических средств обеспечения обитаемости (системы кондиционирования воздуха, вентиляции, пресной горячей и холодной воды, фаново-сточная с индивидуальными санузлами, конструктивные мероприятия по снижению уровня шума и вибрации) на ледоколе оборудованы достаточно просторные и комфортные жилые и общественные помещения, созданы условия для организации рационального питания, квалифицированного медицинского обслуживания, личной гигиены и отдыха.
      Общественные помещения включают в себя кают-компанию и салон для комсостава, столовую и салон рядового состава, курительную комнату. Следует также упомянуть о наличии на ледоколе кинозала, библиотеки, киоска, спортзала со спортивными тренажерами, плавательного бассейна, парикмахерской, фотолаборатории и каюты для индивидуальных занятий со швейным оборудованием.
      Медицинское обслуживание экипажа и оказание помощи морякам других судов производятся в медицинском блоке, который состоит из амбулатории с аптекой, изолятора и лазарета с туалетом и ванной, операционной, стерилизационной, помещения психологической разрядки и фотария. К числу санитарно-гигиенических помещений относятся сауна с душевой и прачечная.
      Для защиты окружающей среды кроме средств радиационной защиты на атомоходе имеются установка для очистки сточно-фановых вод, сепаратор льяльных вод, а также печь для сжигания нефтяных и твердых отходов.
      Головной атомоход «Таймыр» должен принять участие в летней арктической навигации 1989 г., что позволит уже в этом году оценить как работоспособность судна в целом, так и приемлемость и эффективность примененных на нем отдельных принципиально новых технических решений. Полученный опыт даст возможность выделить перспективные направления в развитии ледоколостроения, новые тенденции в совершенствовании формы корпуса и судовой энергетики ледоколов будущего.