Сотрудничество СССР и Финляндии в области судостроения: Сб. ст. / Под ред- Ю. Н. Горбачева. - Л.: Судостроение, 1990.-456 с, ил. ISBN 5-7355-0328-6
Ледокольно-транспортные суда
© А. Иерусалимский, 1990
В мае 1978 г. в порт Дудинка под проводкой ледоколов "Сибирь" (на морском участке плавания) и "Капитан Сорокин" пришли транспортные суда "Павел Пономарев" и "Наварин" с грузами для Горно-металлургического комбината и города Норильска. Это событие явилось началом круглогодичной навигации на линии Мурманск-Дудинка, которая прерывается в настоящее время лишь на период паводка р. Енисей. В зимний и ранне-весенний период доставка грузов осуществляется на Арктическое побережье Баренцева моря и на п-ов Ямал. Таким образом, в западной части Советской Арктики круглый год работает ледокольный и транспортный флот.
Для плавания в зимних и ранне-весенних условиях в конце 70-х — начале 80-х гг. использовались универсальные сухогрузные суда дедвейтом около 9 тыс. т типа "Амгуема", имеющие класс УЛА Регистра СССР и дизель-электрическую энергетическую установку. Эти суда, к которым относятся и упомянутые выше "Павел Пономарев" и "Наварин", строились в СССР в 1962-1972 гг. и являлись в то время по существу единственными судами ледокольно-тран-спортного типа. Однако к началу периода регулярных зимних навигаций суда типа "Амгуема" устарели морально и физически. Развитие экономики районов Крайнего Севера и связанный с этим рост объемов грузоперевозок по трассе Северного морского пути предопределяли необходимость увеличения грузоподъемности, сокращения времени и трудоемкости грузообработки и повышения скорости движения судов во льдах, а также обеспечения надежности доставки грузов в любое время года. В конце 70-х гг. появление серий ледоколов типа "Арктика", "Ермак" и "Капитан Сорокин" ознаменовало собой качественный скачок в технической оснащенности арктического ледокольного флота. В связи с этим неизбежно повысились требования и к ледовым качествам проводимых судов.
Для решения этих задач ЦНИИМФ еще в начале70-х гг. выполнил технико-экономические обоснования проекта сухогрузных судов арктического плавания с повышенной энерговооруженностью и ледовыми качествами. В результате были разработаны требования к сухогрузным судам многоцелевого назначения с вертикальным и горизонтальным способами проведения грузовых операций типа СА-12-15 (сухогрузное арктическое дедвейтом 12-15 тыс. т).
Как показали полученные результаты, целесообразно строить сухогрузные суда двух типоразмеров с тем, чтобы учесть структуру грузопотоков, а также облегчить труд плавсостава при выгрузке на необорудованный берег. Для доставки грузов в многочисленные необорудованные высокоширотные пункты Арктики и Дальневосточного бассейна с ограниченными глубинами нужны суда-снабженцы с осадкой около 7 м, оборудованные бортовыми средствами рейдовой разгрузки. Для перевозки грузов широкой номенклатуры в оборудованные порты Арктики требуются ледокольно-транспортные суда увеличенной грузоподъемности — около 10-12 тыс. т.
В 1980 г. в/о "Судоимпорт" заключило контракт с финскими судостроительными фирмами а/о "Вяртсиля" и а/о "Валмет" на строительство арктических многоцелевых судов типа СА-15. Ввиду новизны судна и неоднозначности выбора основных технических решений по корпусу и энергетической установке финские и советские специалисты провели ряд исследований и проработок, в результате обсуждения которых было выработано единое мнение по созданию ледокольно-транспортного судна СА-15.
Выбор и обоснование архитектурно-конструктивного типа судна, как уже было отмечено, выполнялись на основе анализа направлений перевозок и номенклатуры грузов, который показал, что судно должно быть приспособлено к перевозке генеральных грузов, а также длинномерных (трубы, прокат), тяжеловесных (бурильные установки, насосные станции), негабаритных (металлоконструкции), самоходной и колесной техники, контейнеров международного стандарта, а также специальных контейнеров для файнштейна. Таким образом, предстояло построить многоцелевое судно, приспособленное как к выгрузке у причалов, так и на припайный лед, например при доставке геологических грузов., оборудования и стройматериалов на п-ов Ямал. Было предложено создать судно с комбинированным способом грузовых операций: вертикальным, через грузовые люки с помощью судовых или береговых кранов, и горизонтальным, накатом на вторую палубу через кормовую рампу. При таком способе грузообработки не только сокращается стояночное время, но и расширяются возможности выполнения грузовых работ при неблагоприятных метеоусловиях (при закрытых люках верхней палубы), а также улучшаются условия труда судового и берегового персонала.
Важнейшим критерием, определяющим выбор энергетической установки судна активного ледового плавания, является эффективность и надежность работы всего пропульсивного комплекса при взаимодействии гребного винта со льдом. В наибольшей степени этому критерию удовлетворяет гребная электрическая установка (ГЭУ) с винтом фиксированного шага (ВФШ), которая способна воспринимать увеличение вращающего момента в 2-4 раза и обладает высокой маневренностью (реверс — в течение 8-10 с). К 1977 г., т.е. к моменту обоснования проекта СА-15, ГЭУ с ВФШ применялась на подавляющем большинстве ледоколов и ледокольно-транспортных судов. Исключение составляли два ледокола типа "Полар стар" ("Polar Star" США), на которых применена комбинированная установка (дизель-электрическая и газотурбинная) с винтами регулируемого шага (ВРШ), и одно наволочное судно "Арктик" для насыпных грузов ("Arctic", Канада), на котором впервые была установлена дизель-редукторная установка (ДРУ) с ВРШ.
Однако ГЭУ имеют и ряд недостатков, наиболее серьезными из которых являются худшие по сравнению с ДРУ массогабаритные показатели, более высокая строительная стоимость и трудозатраты на техническое обслуживание, а также более низкий КПД передачи. Эти недостатки существенно влияют на экономическую эффективность транспортного судна.
Теоретические проработки и накопленный практический опыт показали, что для судна СА-15 альтернативой ГЭУ может быть ДРУ с ВРШ, которая обеспечивает необходимую маневренность и за счет уменьшения шагового отношения пониженный ледовый момент, обеспечивающий тем самым работоспособность установки во льдах. Однако выбор такого технического решения требовал известной смелости, так как первые годы эксплуатации "Полар стар" сопровождались авариями и неполадками с ВРШ. Успешный опыт работы балкера "Арктик" не был бесспорным основанием для этого, так как судно эксплуатировалось в Канадской Арктике в летний период, имело более низкий по сравнению с СА-15 ледовый класс и меньшую мощность гребной установки.
Теоретические исследования и детальный анализ практического опыта, выполненные ЦНИИМФ, а также результаты модельных экспериментов, проведенных а/о "Вяртсиля" в ледовом бассейне, показали, что на судне СА-15 целесообразно установить два среднеоборотных дизеля, работающих через редуктор на один ВРШ.
При обосновании требований к главным размерениям и форме корпуса исходили из необходимости обеспечения повышенной ледовой ходкости, необходимых мореходных качеств на чистой воде и грузовместимости.
Главные размерения были ограничены лимитирущими глубинами на основных направлениях работы и шириной арктических ледоколов. Основными исследуемыми параметрами формы корпуса судна на стадии его обоснования были угол наклона форштевня и угол наклона борта к вертикали в районе цилиндрической вставки. ЦНИИМФ разработал модели с вертикальным и наклонным (на 8°) бортом в средней части и испытал их в ледовом бассейне ААНИИ, а также определил характеристики ходкости на тихой воде и встречном волнении в гидродинамическом бассейне Ленинградского кораблестроительного института (ЛКИ). Как показали результаты этих исследований, на проектируемых ледокольно-транспортных судах возможны вертикальные борта.
В процессе работ оценивалось влияние формы корпуса и мощности главных двигателей на прочностные характеристики судов с ледовыми подкреплениями категорий УЛА и УЛ с целью определения рациональных соотношений между строительной прочностью и мощностью судна при работе во льдах с ледоколами и самостоятельно.
Так как судам типа СА-15 предстояло работать в Арктике в течение круглого года и совместно с современными арктическими ледоколами, были рекомендованы подкрепления высшей категории Регистра СССР — УЛА, необходимые также для обеспечения самостоятельной, без помощи ледоколов, работы судов летом в Арктике и зимой в замерзающих неарктических морях.
Расчетная оценка и результаты модельных испытаний в ледовом бассейне позволили определить, что при непрерывном движении со скоростью 2 уз судно должно преодолевать ровный сплошной лед толщиной не менее 0,8 м. Еще на стадии разработки основных требований к судну проектные проработки выполнялись финскими судостроительными фирмами а/о "Вяртсиля", а/о "Валмет" и а/о "Раума-Репола". Сотрудничество продолжалось и при разработке технического проекта фирмой "Вяртсиля". Финские специалисты выполнили обширную программу модельных испытаний в ледовом бассейне фирмы, что позволило обоснованно выбрать характеристики формы корпуса, обеспечивающие хорошую ледовую ходкость.
Модельные испытания судна на чистой воде проводились в Ленинграде в гидродинамическом бассейне ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. В процессе экспертизы проектной документации, выполнявшейся организациями Минморфлота СССР, отрабатывались конкретные технические решения по судну.
Первые девять судов серии СА-15 (головное судно — теплоход "Норильск") были построены в 1982-1984 гг. Их основные характеристики оказались близкими к тем, которые были определены при технико-экономическом обосновании. Судно СА-15 -двухпалубное, одновинтовое с избыточным надводным бортом, удлиненным баком и ютом, с промежуточным расположением МО и надстройки, с пятью грузовыми трюмами и крановым грузовым устройством. Для повышения безопасности судно имеет двухотсечную непотопляемость, а на накатной палубе твиндечные переборки имеют лацпорты размером 5,0 х 4,3 м со сдвижным к борту закрытием. В кормовой части судна расположена угловая двухсекционная рампа длиной 18 и шириной 5 м, через которую осуществляется погрузка-выгрузка на главную палубу накатным способом с берега или у ледового припая.
Суда типа "Норильск" могут перевозить генеральные, длинномерные, пакетированные и тяжеловесные (до 80 т) грузы, небольшие партии рефрижераторных контейнеров (длиной 20 футов) и жидких нефтяных грузов, металлоконструкции, колесную технику, контейнеры ИСО типа 1С и IA, в том числе высотой 8,5 футов, горючесмазочные материалы, взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества, а также химикалии в таре в трюме № 1, руду, файнштейн в спецконтейнерах, уголь, зерно насыпью.
Суда построены по Правилам Регистра СССР на класс КМ ® УЛА[2]А2 и не имеют ограничений по району плавания. Корпус, палубное оборудование, системы вентиляции и кондиционирования воздуха рассчитаны для работы при температуре наружного воздуха до-50 °С.
Энергетическая установка состоит из двух среднеоборотных главных двигателей "Вяртсиля-Зульцер" мощностью по 7720 кВт, одноступенчатого сдвоенного редуктора, двух пластинчатых муфт сцепления и двух гидродинамических муфт для работы в ледовых условиях. Мощность передается на четырехлопаст-ный ВРШ диаметром 5,6 м.
Согласно спецификационным данным, судно способно преодолевать сплошной лед толщиной 1,0 м со снежным покровом 0,2 м при скорости 1,0 уз и мощности равной, 90% максимально длительной. Кроме того, суда типа СА-15 оснащены пневмообмы-вающим устройством (ПОУ), позволяющим увеличить скорость в канале за ледоколом на 1,0-1,5 уз и ледопроходимость в сплошных льдах почти на 10%.
Как видно из приведенного краткого описания судна, на нем реализован целый ряд необычных для судна активного ледового плавания технических решений, к которым в первую очередь относятся применение дизель-редукторной энергетической установки с ВРШ и грузового комплекса, обеспечивающего комбинированный способ грузообработки. При этом одинарные и сдвоенные краны соответственно грузоподъемностью 20 т и 2 X 40 т фирмы "Хегглунд" рассчитаны на работу при температуре воздуха до -40°С.
Уже начальный период эксплуатации судов типа "Норильск" показал, что они благодаря своим технико-эксплуатационным преимуществам и высоким ходовым качествам во льдах с успехом могут эксплуатироваться в Арктическом бассейне в течение круглого года. При этом автономное плавание без ледоколов возможно практически весь летний период. Грузовой комплекс наилучшим образом соответствует существующей структуре арктических грузоперевозок. Приспособленность к скоростной грузо-обработке позволяет повысить интенсивность грузовых работ в среднем на 15-20%.
На первой серии судов СА-15 для обеспечения рейдовой разгрузки в условиях необорудованного берега в качестве дополнительного бортового перегрузочного средства была предусмотрена грузовая платформа на воздушной подушке грузоподъемностью 40 т (ПВП-40). Проект ПВП-40 разработан верфью "Вяртсиля" при использовании советской лицензии ЛЦПКБ. Размеры ПВП: длина габаритная 20 м, ширина по палубе 8,5 м, высота борта 1,0 м, осадка на плаву 0,65 м, масса порожнем 38 т, водоизмещение с грузом 82 т. Эксплуатироваться платформа может при высоте волны до 1 м и движении на воздушной подушке и до 2 м в водоизмещающем положении. Скорость при самостоятельном движении 2,6 уз, мощность главного двигателя 850 л. с. Автономность плавания по топливу 24 ч. Удаление от места убежища 10 миль. Спуск и подъем ПВП на борт осуществляется с помощью судового крана грузоподъемностью 80 т. Первый опыт эксплуатации ПВП оказался неудачным, и от ее использования на судне впоследствии отказались.
Такие сложные и не имеющие аналогов в практике мирового судостроения суда, как СА-15, конечно, не могли быть свободны от недостатков. Уже первые арктические навигации показали, что ледовая прочность днищевых и скуловых районов корпуса не соответствует мощности судна. Поэтому уже в 1983 г. начались исследования ледовых качеств и пропульсивной установки в натурных условиях. Исследования выполнялись совместно советскими и финскими специалистами в рамках научно-технического сотрудничества между ЦНИИМФ и а/о "Вяртсиля". В частности, на верфи "Вяртсиля" одно из судов (теплоход "Игарка") было оборудовано автоматической системой сбора данных о ледовых нагрузках на корпус, разработанной Государственным техническим научно-исследовательским центром Финляндии. Система в течение трех лет функционировала на борту судна в автоматическом режиме. Кроме того, в 1983 и 1984 гг. проводились специальные режимные испытания. Большой объем данных о характеристиках пропуль-сивного комплекса был получен на судах "Игарка" и "Мончегорск", а также в ходе совместных экспериментов. Эти исследования позволили получить достоверную информацию об уровне ледовых нагрузок и выработать рекомендации по изменению конструкции корпуса с целью уменьшения объема ледовых повреждений. Они были реализованы на второй серии судов (типа "Анатолий Колесниченко"), которая начала строиться в 1985 г. Кроме существенного усиления ледовой прочности корпуса, были внесены изменения в конструкцию люковых закрытий, в оборудование жилых и грузовых помещений, грузового и швартовного устройств, конструкцию рампы. Был выделен рефрижераторный трюм вместимостью 550 м³, увеличена контейнеровместимость на 30 единиц. Главные размерения и основные технические решения судов типа "Норильск" сохранены прежними. В 1985-1987 гг. было построено пять судов СА-15 Супер.
Внесенные в конструкцию и состав оборудования изменения позволили сократить объемы ремонта и повысить технико-эксплуатационные показатели работы судов. Совместные двух стран исследования в рамках научно-технического сотрудничества были продолжены. Последнее судно серии "Капитан Данилкин" было оборудовано новой усовершенствованной системой замеров ледовых нагрузок на корпус и пропульсивный комплекс. В декабре 1987 г. состоялись совместные испытания судна в многолетних льдах к северо-востоку от Шпицбергена. Испытания позволили впервые в мировой практике получить данные о нагрузках, возникающих при ударе судна о толстые многолетние льдины.
В целом опыт создания и освоения в эксплуатации судов СА-15 показал правильность основных технических решений, заложенных при обосновании его проекта, а затем реализованных фирмой "Вяртсиля" при его проектировании и строительстве. К приоритеным направлениям дальнейших исследований при создании ледокольно-транспортных судов новых поколений и усовершенствовании техники в первую очередь относятся: повышение прочности корпусных конструкций; надежности среднеоборотных двигателей; эффективности работы во льдах движительного комплекса; усовершенствование элементов передачи мощности; систем автоматизации процесса управления пропульсивным комплексом; формы корпуса, а также повышение экономичности судна в целом.
Сотрудничество советских и финских специалистов по названным направлениям успешно продолжается. В настоящее время стороны работают над созданием нового сухогрузного ледокольно-транспортного судна для Арктики дедвейтом около 15 тыс. т - СА-15М, в конструкции которого должны быть по возможности исключены выявленные недостатки проекта СА-15.
