судостроение 3'2000
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БАРЖЕБУКСИРНЫХ СОСТАВОВ ПРИ ТРАНЗИТНОМ ПЛАВАНИИ ПО ТРАССЕ СЕВЕРНОГО МОРСКОГО ПУТИ
Н. В. Куликов, канд. техн. наук (ОАО НК «ЛУКОЙЛ»), К. Е. Сазонов, канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИ
им. академика А. Н. Крылова) удк 629.51.023.242
Организация транзитного плавания по Северному морскому пути (СМП) является одной из важнейших задач судоходства в Арктике. Устойчивая транспортная связь между экономически развитыми районами России и территориями Крайнего Севера и Дальнего Востока имеет большое социально-экономическое значение. Она важна также с точки зрения повышения оборонного потенциала в качестве резервной транспортной магистрали. В перспективе возможна организация массовых транзитных перевозок между Западом и Востоком.
Реально как транспортная артерия СМП стал использоваться только с середины 30-х годов XX столетия. Наиболее активно транзитные перевозки осуществлялись в последние двадцать лет. С 1984 г. наблюдается некоторая стабильность в объемах перевозок — примерно 63,4 тыс. т в год, но к 1990 г. они возросли до 1 15,1 тыс. т. Наибольший объем перевозок был в 1993 г. — 208,3 тыс. т, в 1994 и 1995 гг. - по 140,2 тыс. т. Таким образом, с 1989 по 1993 г. при общем падении объемов перевозок по трассе СМП наблюдался рост транзитных. Их сокращение в 1994 г. объясняется изменением фрахтовой ситуации и гидрометеорологической обстановкой в арктических морях, снизившими эффективность этого вида плавания, а также нехваткой транспортных судов с высоким ледовым классом.
В настоящее время назрела необходимость создания транспортной системы, обеспечивающей возможность круглогодичного плавания по трассе СМП. И транзит должен быть одной из составных ее частей. Важнейшим звеном морской транспортной системы, в том числе и транзитной, является необходимое количество эксплуатируемых в ней транспортных и вспомогательных средств. Выбор и обоснование состава этих средств во многом определяют возможность эффективного функционирования системы. Поэтому представляется целесообразным рассмотрение на начальных стадиях различных альтернативных вариантов.
В качестве возможных вариантов технических средств, позволяющих осуществлять транзитное плавание по трассе СМП, можно рассматривать традиционные — ледо-кольно-транспортные суда, движущиеся в
сопровождении ледокола, и нетрадиционные средства, например, баржебуксирные составы (ВВС). Опыт последних десятилетий показывает: несмотря на то, что обычная схема удовлетворяет требованиям транзитных перевозок, возможность ее дальнейшего развития для обеспечения массовых потоков вызывает некоторые сомнения, так как увеличение объемов перевозок неминуемо приведет к необходимости повышения тоннажа транспортных судов и, следовательно, к увеличению их ширины. Анализ современных проектных проработок показывает, что ширина судов дедвейтом 50 тыс. т и более значительно превышает ширину любого из построенных ледоколов. Возможность эффективного функционирования традиционной транспортной схемы в этой ситуации представляет собой отдельную проблему.
В данной статье пойдет речь о некоторых особенностях использования альтернативных ВВС в транзитных арктических рейсах. Пока ВВС не эксплуатировались в ледовых условиях. Тем не менее, некоторый опыт в этом направлении имеется. В морской практике было несколько случаев применения метода толкания судов вместо традиционной буксировки судов «на усах». Для этого использовались транспортные суда типа «Амгуема», имевшие ледовые усиления корпуса категории УЛА (ЛУ7 по новой классификации Российского Морского Регистра Судоходства 1999 г.). Например, такой способ использовался на припае ямальского побережья [1 ], где ледокол, толкая судно в специально оборудованный кормовой вырез, доставлял его к удобному для выгрузки месту. При этом разгрузку судна можно было вести с обоих бортов, так как ледокол отходил от места выгрузки уже по проложенному каналу. В 1965 г. ледокол «Москва» помог таким образом выбраться из припая Чаунской губы дизель-электроходу «Пен-жина» [2].
Применение на практике метода толкания сдерживалось из-за отсутствия кормового выреза на судах ледового плавания. Вновь метод толкания стал применяться после постройки судов типа «Норильск». Во время тяжелой навигации 1 983 г. в восточном секторе Арктики капитаном ледокола
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
судостроение э'гооо
«Адмирал Макаров» несколько раз успешно применялся этот способ движения [2,3]. При проводке теплохода «Ока» в припае до рейда Пе-века скорость движения тандема была устойчивой и возрастала от 3—4 до 5—6,5 уз по мере получения навыка совместного маневрирования в входных створах. По оценке судоводителей, применение тандема позволило сэкономить почти 1 2 ч тяжелой работы по прокладке канала.
В ходе проведения этих операций были выявлены и некоторые недостатки метода толкания. Выяснилось, что в торосистом неоднородном льду ледокол был вынужден предварительно проложить канал, а затем проталкивать через него судно. Можно предположить, что такой способ движения будет не столь эффективен и при движении в сильно сжатых льдах. Следует ожидать, что наибольший эффект будет достигнут при использовании крупнотоннажных плавсредств, максимальная ширина которых существенно превышает ширину сопровождающего их ледокола. Применение метода толкания при швартовке крупнотоннажного танкера к ледосгойкой добычной платформе описано в работе [4].
Отличительной чертой арктических ББС является использование в качестве толкача линейного ледокола. При этом предполагается, что помимо этой функции ледокол в случае необходимости должен также выполнять свойственные ему функции: околку баржи и пробитие канала в торосистых льдах. Двойное использование ледокола позволит снизить эксплуатационные затраты при транзитном рейсе по сравнению с традиционной схемой его выполнения. Для получе-
ния качественной оценки возможности использования ББС при транзитных рейсах на трассе СМП в ледовом опытовом бассейне ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова были проведены модельные испытания ББС, основные результаты которых излагаются ниже.
Анализ опыта применения метода толкания в ледовых условиях показывает, что наибольшие затруднения могут возникнуть при движении ББС в сжатых льдах и преодолении им торосистых образований. Для испытаний были использованы модели баржи и ледокола. При оценке предельной ледопроходимости состава предполагалось, что тяговые характеристики ледокола-толкача совпадают с тяговыми характеристиками ледокола «Арктика».
Основные характеристики ББС
Баржа Толкач
Длина между пер-
пендикулярами, м 206 104
Ширина, м........ 38 28
Осадка, м ........ 11,0 7,6
Мощность, МВт ......— 55
Водоизмещение, т . .. .60 330 1 1 540
В опытовом бассейне были проведены буксировочные испытания модели состава в сплошных ровных льдах, на участке ледового поля, на котором создавались ледовые сжатия, и в торосистом образовании. Испытания в сплошных ровных льдах проводились по общепринятой методике. Экспериментальные данные, а также результаты их пересчета на другие значения физико-механических свойств льда, выполненные по методике [5], позволили оценить диапазон изменения предельной ле-
допроходимости состава от 1,45 м в осенне-зимний период до 1,85 м — в летний. Эти характеристики показывают, что ББС обладает вполне удовлетворительной ледовой ходкостью в сплошных ровных льдах, достаточной для успешной эксплуатации в Арктике. Принимая во внимание классическую клинообразную ледокольную форму носовой оконечности баржи, можно предположить, что движение в битых льдах не представит затруднений для ББС.
Имитация ледовых сжатий осуществлялась с помощью специальных управляемых гидравликой щитов, вмонтированных в стенки бассейна. Во время испытаний модель ББС пересекала сжатый участок ледяного поля, при этом фиксировалась сила сопротивления (рис. 1). При действии ледовых сжатий суммарное сопротивление ББС возросло на 23%. При этом динамометр, установленный между моделями баржи и толкача, не зафиксировал увеличения ледового сопротивления толкача. Это означает, что при полученной в опыте степени сжатия действие ледяного покрова распространялось только на баржу, а не на ледокол-толкач. Определение дополнительного ледового сопротивления при воздействии ледовых сжатий позволило оценить балльность сжатия. Для этого по формуле Ассура [6] были рассчитаны средние напряжения сжатия в ледовом покрове, а их величина сопоставлена с таблицей связи между средними напряжениями в ледяном покрове и балльностью сжатия, полученной по наблюдениям гидрологов [7]. В результате установлено, что в эксперименте было реализовано ледовое сжатие в
Дистанция, м О 100 200 300 <00
5 моо-С;
3200 -1-.-1-.-1-.-,-.-|-.-1->-1---1--
1,5 2,0 2,5 3.0 3.5 4.0 <.5 5.0
Скорость состава, уэ
Рис. I Результаты модельного эксперимента по определению сопротивления состава в ровных льдах, пересчитанные на натурные условия:
М — без сжатия; • — со сжатием; — линейная аппроксимация
Время, с
Рис. 2. Пересчет на натурные условия данных модельных испытаний в торосе:
I — суммарное сопротивление; 2 — сопротивление толкоча; 3 — сопротивление баржи
ю
СУДОСТРОЕНИЕ 3'2000
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
5. о к
£ -0,10 -I---1-•-1---1---1---1---1-•-1---1
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
Время, затраченное на внедрение в торос до остановки моделей, с
Рис. 3. Результаты расчета скорости движения состава и его ускорения при взаимодействии с торосом при варьировании глубины киля тороса Нк:
I - Нк = 24 м; 2 - Нк= 14 м; 3 - Нк = 1 1 м
1 балл. Таким образом, в слабо сжатых льдах ББС может двигаться без особых затруднений. В сильно сжатых льдах движение может быть затруднено или вообще прекратиться.
Для исследования сопротивления торосистой гряды движению ББС в ледовом бассейне был создан моделированный торос, глубина киля которого примерно в два раза превышала осадку баржи. В ходе выполнения эксперимента было замерено усилие, действующее на модель во время преодоления ею тороса. Результаты этих измерений, пересчитанные на натурные условия, представлены на ри
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.