Двухосадочный ледокол для Арктики

Л.Г.Цой, д.т.н., проф., заведующий лабораторией ЦНИИМФ, Санкт-Петербург

Эскизный проект нового двухосадочного атомного ледокола завершён в 2007 году. В 2008 стартует технический проект, который позволит к 2015 году построить новый ледокол. На создание такой новой техники уходит, как правило, 7-8 лет. К этому моменту начнётся повальное списание стареющих действующих ледоколов. Уже с 2008 года атомные ледоколы начнут выводиться из эксплуатации.


Идея нового ледокола возникла через несколько лет после создания в 1974 г. первого атомного ледокола (АЛ) «Арктика» мощностью 55 МВт. В 1977 году был сдан в эксплуатацию второй ледокол серии «Сибирь», под проводкой которого в 1978 году выполнен экспериментальный высокоширотный рейс транспортного судна «Капитан Мышевский» транзитом с запада на восток. Уже первые рейсы, а также поход АЛ «Арктика» на Северный полюс в 1977 году выявили преимущества и недостатки атомного ледокольного флота. Появились вопросы, заставившие задуматься, как ледокол можно усовершенствовать для более эффективной эксплуатации. По плану атомный ледокол нового поколения должен был появиться  уже в XIV пятилетке, в 1995-2000 гг. Технико-экономическим обоснованием этого ледокола ЦНИИ морского флота занимался с 1979 года.


Что выяснилось по результатам эксплуатации атомного ледокола «Арктика»
До ввода в строй этого АЛ не было опыта эксплуатации мощных ледоколов в качестве лидеров работы с транспортным флотом. Кроме атомного ледокола требовалось создать соответствующий транспортный флот, суда достаточной мощности и размерений, чтобы они могли эффективно работать вместе с атомным ледоколом. Выяснились рациональные соотношения между их размерениями и мощностью, а также ряд проблем, связанных с работой атомных ледоколов на мелководье.

АЭУ, потребляющая много охлаждающей воды, на мелкой воде работает недостаточно надёжно. Много внимания было уделено вопросам, связанным с системами охлаждения.

Для работы на ограниченных глубинах специально для Енисея (основное направление Дудинка) первоначально было принято решение о строительстве дизельных ледоколов типа «Капитан Сорокин», так как АЛ типа «Арктика» с осадкой 11 м в тех условиях эксплуатироваться не может. В 1978 году такие ледоколы были построены. Но опыт эксплуатации показал, что их мощности недостаточно. Требовался более мощный мелкосидящий АЛ. Ледокол не должен зависеть от запасов топлива, так как чем больше мощность, тем больше топлива необходимо загружать на него, что приводит к увеличению осадки.

Так появилась идея создания мелкосидящего АЛ, позволяющего обеспечить максимальную мощность при ограниченной осадке (8 м).

С учётом перспективы развития транспортного флота и организации круглогодичных перевозок потребовалось увеличить размеры АЛ по сравнению с атомным ледоколом «Арктика»: для проводки крупнотоннажных судов типа «Севморпуть», который тогда еще только просматривался в перспективе. Для судов такого размера требуется более широкий канал. Ощущалась также неоптимальность соотношения между мощностью и водоизмещением ледокола. Для своей мощности он был слишком лёгким, что отрицательно проявлялось в тяжёлых льдах, при форсировании ударами перемычек, торосов и других нагромождений на пути ледокола. Судоводители, не имея возможности использовать эти ледоколы на полную мощность, были вынуждены работать набегами, снижать мощность, чтобы не «выскакивать» на лед, не клиниться. Масса ледокола для работы в тяжёлых условиях была недостаточна.

Неприятный случай произошёл с ледоколом «Сибирь», который получил опасный крен, наткнувшись на многолетнюю льдину при прорубании перемычки во льдах. Столкнувшись с неподатливым препятствием, ледокол пополз вверх и начал крениться до 20 градусов. Для более эффективной работы ледоколу явно не хватало массы, кинетической энергии.

В результате полученного опыта эксплуатации уже в конце 1970- начале 1980-х гг. пришли к выводу, что ледокол надо несколько увеличить, повысить его ледопроходимость. Обводы ледокола повторяли обводы ледокола «Москва» финских проектировщиков,  которые также ещё не имели собственного опыта эксплуатации. Не хватало достаточного объёма исследований.

                       
Поиск решений

В результате дальнейших исследований пришли к пониманию того, что за счёт оптимизации обводов корпуса можно значительно увеличить ледопроходимость ледокола без значительного повышения мощности. Модельные испытания были проведены в нашем Арктическом институте и  у финских коллег. Установили, что только за счёт улучшения формы обводов можно обеспечить такую же ледопроходимость, как и при полуторакратном  увеличении мощности, достигая таким образом 50%-ной экономии. Параллельно изучались варианты, предлагаемые зарубежными судостроителями. Проводились натурные испытания дизельных ледоколов «Капитан Сорокин»  и «Капитан Николаев» (переоборудованных немцами и финнами). Исследовались различные формы обводов: цилиндрические, конические (ложкообразные), предложенные финскими судостроителями, и ледорезные понтонообразные, предложенные немецкой фирмой. С точки зрения ледопроходимости (повышения её в 1,5 раза) они являются весьма многообещающими, в частности, для работы в ровных льдах.  Но при хороших ледовых качествах ледоколы должны обладать и удовлетворительными мореходными качествами, учитывая потребность в длительных переходах в открытом море как вокруг скандинавского полуострова на западе, так и при переходе из Владивостока в Арктику, а также использование ледоколов для буксировок крупных сооружений или судов в период летней навигации. Поэтому необходимо позаботиться и о мореходных качествах ледоколов.

Немецкие и финские варианты показали, что не стоит увлекаться экзотичными обводами, потому что они не позволяют обеспечить универсальность, нормальную работу в морских условиях.

«Капитан Николаев» при переходе вокруг Скандинавии попал в сильный шторм и получил очень сильные разрушения и трещины в корпусе, вплоть до протечки в машинном отделении. В результате слеминга отлетело всё оборудование в каютах. Такие мощные были удары. Переоборудованный «Капитан Сорокин» (с понтонообразным носом) тоже испытывал сильные удары на волнении. Кроме того, по собственно ледовым качествам он оказался маломаневренным. В сплошном припайном льду он вырезал красивый ровный канал, работая действительно эффективно. А в старом забитом канале,  в торосистых льдах действовал как бульдозер, толкая лёд перед собой.

Наши усилия были сосредоточены, в основном, на отработке универсальных обводов – традиционных, клинообразных, позволяющих усовершенствовать их форму, сохраняя при этом  удовлетворительные мореходные качества.

Круглогодичная навигация

Самые мощные отечественные ледоколы типа «Арктика» могут обеспечить навигацию по  Северному морскому пути (СМП) в восточном районе только в течение 7 месяцев (рис.1). Для обеспечения надёжной круглогодичной работы необходимо повысить ледопроходимость АЛ. Для круглогодичного плавания на всем протяжении Севморпути ледопроходимость ледокола–лидера должна составлять около 3,5 м. Но пока, с точки зрения перспективы перевозок, потребности в таком ледоколе нет. Сейчас для надёжной работы в Карском море до Дудинки достаточно обеспечить ледопроходимость 2,6 м. Поэтому первое требование к новому ледоколу – повышение ледопроходимости с 2,3 м (как у АЛ «Арктика») до 2,6 м.


Новые размерения

В последнее время начал меняться и состав транспортного флота. При освоении нефтегазовых шельфовых месторождений требуются крупнотоннажные танкеры  для вывоза углеводородного сырья на экспорт. Крупнотоннажные челноки, которые строятся для Печорского моря (для Приразломного месторождения, для Варандея) дедвейтом 70 тыс. тонн, имеют ширину 34-36 м. У судов со 100-тысячным дедвейтом ширина и того больше – 42-44 м. Вот с такими широкими и тяжёлыми судами придётся иметь дело и под них прокладывать канал соответствующей ширины.  Размерами канала определяется скорость проводки судов.

Зависимость относительной скорости проводки судна от ширины ледокола определялась как на основании опыта работы ледокольного флота, так и специально проведенных испытаний. В 2002 году в рамках проекта «Сахалин-1» была осуществлена экспериментальная проводка крупнотоннажного 100-тысячного танкера «Приморье» двумя ледоколами – линейным ледоколом «Красин» и вспомогательным «Магадан». С одним ледоколом ширина канала была бы недостаточна, и танкеру пришлось бы самому доламывать кромки льда после ледокола. С точки зрения экономики проводки судов ширина канала имеет очень большое значение.

                                  
Больше мощности

Другим важным моментом является достижение достаточной мощности ледокола. С одной стороны, этого можно добиться, усовершенствовав обводы. Ледопроходимость в пределах 2,7-2,8 м можно получить за счёт оптимизации формы обводов. Последний из построенных атомный ледокол «50 лет Победы» имеет носовые обводы, усовершенствованные по предложению ЦНИИМФа. Они ещё не совсем такие, как предлагается по новому проекту, но и на этом этапе многое уже было сделано. Наклон форштевня составляет 21 градус вместо прежних 27, ватерлинию вместо 28 раскрыли до 35 градусов. На больший угол развалили шпангоуты. Эти усовершенствования, сохранив клиновидный профиль, позволили сэкономить 50% мощности и выйти на 2,6-2,7 м ледопроходимости. В ЦНИИ им. Крылова были проведены сравнительные модельные испытания, подтвердившие преимущества усовершенствованных обводов корпуса.

В перспективе для безопасных проводок крупнотоннажных судов ледоколу необходимо иметь дополнительный запас по мощности. При проводке ледоколом «Красин»  танкера «Приморье» в однолетних льдах толщиной 40-50 см, его уровень мощности колебался в пределах 50%. В торосистых льдах скорость резко падала, и неоднократно возникали критические ситуации. В экстренном порядке приходилось передавать на танкер команду о быстром реверсе, дабы он не столкнулся с ледоколом. Тяжёлые участки «Красин» проскакивал за счёт форсирования мощности.

С крупнотоннажными судами работать приходится аккуратно, поэтому необходимо специально разработать тактику их проводки с учётом новых требований и задач.

Проведенные исследования и эксперименты показали, что, для ледоколов класса «Арктика» необходимо увеличить размерения в плане, то есть ширину и длину. Но в этом случае атомный ледокол, которому не требуется запасов топлива, начинает всплывать. Целесообразное уширение с 28 до 33 м позволяет АЛ обеспечить всплытие на 2 м, и тогда он будет иметь безбалластную осадку в пределах 8,5 м., которой вполне достаточно для захода в Дудинку, Обскую губу с проходной осадкой 9м. В районе Харасавэя появится возможность подходить к припаю.

Для того чтобы увеличить массу АЛ и посадить винты на глубину, достаточную для прохождения по морским трассам в тяжелых ледовых условиях, необходимо принять на борт ледокола жидкий балласт. Для увеличения осадки на 2 м потребуется около 8-9 тыс. тонн балласта. С таким балластом АЛ сможет эффективно использовать свою мощность и инерцию. Балласт  ледокола «Арктика» составляет около 2 тыс. тонн. Для 9-тысячетонного балласта необходимо создание специальной балластной системы.


Двухосадочный вариант
Ситуация с всплытием ледокола натолкнула на мысль о создании АЛ с двумя осадками. В безбалластном варианте ледокол может заходить в мелководье, осуществляя проводку судов непосредственно в Дудинку. Таким образом, новый ледокол сможет заменить два типа существующих судов: ледокол класса «Арктика» и класса «Таймыр».

Ледопроходимость предлагаемого двухосадочного ледокола должна достигать около 2,8-2,9 м, учитывая необходимость работы с крупнотоннажными судами. Благодаря  применению усовершенствованных обводов, на валах достаточно иметь мощность 60 МВт. У «Арктики» она равняется 49 МВт. Ледокол нового поколения получил шифр ЛК-60Я.

Предложенная идея судостроителям, к сожалению, не понравилась. Они были не согласны с тем, что при малой осадке 8,5 м можно обеспечить лучшую, чем на ледоколе «Таймыр», переработку мощности. В ЦНИИ им. Крылова были проведены дополнительные исследования процессов кавитации и аэрации винтов, показавшие, что при малой осадке можно переработать 80% установленной мощности—48 МВт, подтвердив тем самым ранее выполненные оценки ЦНИИМФа. При такой мощности ледопроходимость АЛ составит 2,5-2,6 м (по сравнению с 2 м у «Таймыра»), то есть новый ледокол будет более эффективен и при ограниченной осадке.

Для двухосадочного ледокола предлагается использовать новейшее оборудование, в том числе, абсолютно новую реакторную установку «Ритм 200» взамен находившейся в эксплуатации КЛТ (ОК 900). ЯЭУ моноблочного типа с большей (60%) естественной циркуляцией потребует гораздо меньшую мощность насосов. Повышается уровень защиты и коэффициент использования мощности (0,75). Плановая перегрузка активной зоны производится только через 7 лет. По сравнению с действующими ледоколами это весьма серьёзное преимущество, так как при сегодняшнем коэффициенте использования мощности 0,5 перегрузку активной зоны приходится производить каждые 2,5-3 года. Кроме того, реакторная установка «Ритм 200» даёт почти двукратный выигрыш по габаритам. Моноблочность, естественная циркуляция, воздушное охлаждение – все эти факторы, задействованные в новой установке, повышают безопасность её эксплуатации.

Три вместо пяти

Расчеты показали, что для обеспечения перспективных перевозок в Карском море вместо пяти традиционных ледоколов (3-х типа «Арктика» и 2-х типа «Таймыр») достаточно трёх двухосадочных ледоколов, что даёт значительный выигрыш  в затратах на строительство. Имеется и целый ряд других преимуществ: уменьшаются затраты на ремонтную базу, сокращаются простои на участках стыковки двух типов ледоколов при переходе река- море за счёт сквозной проводки одним типом ледокола.
У двухосадочного ледокола есть и ещё одно преимущество: маневрируя балластом, он может «подпрыгивать» только на отдельных коротких мелководных участках, а в остальном работать с максимальной осадкой на полной мощности. При этом обеспечиваются и большая скорость, и большая проходимость. Кроме того, большое количество жидкого балласта позволит ледоколу легко высвобождаться из заклиниваний.

Ожидаемые параметры перспективного двухосадочного ледокола типа ЛК-60Я в сравнении с существующими атомоходами приведены в таблице 1.

 Выполненные ЦКБ «Айсберг» проектные проработки универсального арктического атомного ледокола нового поколения подтвердили совместимость предъявляемых требований к обоснованному варианту двухосадочного ледокола типа ЛК-60Я.

Стоимость нового ледокола достаточно большая. Но, возможно, с передачей атомного ледокольного флота в атомную отрасль решение проблемы финансирования строительства ледоколов нового поколения упростится, что позволит стране возобновить работы по активному освоению богатств арктического Севера России.

Табл.1 Характеристики нового ледокола в сравнении с существующими атомоходами

назад

Материалы из архива

2.2009 Проект УЭХК доказал свою состоятельность НТС «Роснано»

Дионис Гордин, член правления – управляющий директор госкорпорации "Роснано": - 17 февраля состоялось знаменательное событие – еще один проект из региона прошел научно-технический совет (это самый сложный этап прохождения проекта в госкорпорации), чем доказал свою состоятельность (речь идет о проекте Уральского электрохимического комбината по производству катализаторов для очистки выхлопных газов автомобилей, – прим.).

11.2009 Инвестиционные решения

А.Б.Крутик, д.э.н., профессор,  Заслуженный деятель науки РФ; Никольская Е.Г. , к.э.н, Решетова М.В., к.э.н.,  Санкт-ПетербургСоздание новых и реконструкция старых предприятий, строительство жилья, других объектов социальной сферы, создание новых рабочих мест зависит от процесса инвестирования. Источником инвестиций являются сбережения, представляющие собой располагаемый доход за вычетом расходов на личное потребление.Инвестиции будут выгодны только в том случае, когда ставка банковского процента не превышает ожидаемой нормы прибыли, иначе инвестору выгоднее размещать свои средства на банковских счетах.

9.2008 Наша деятельность требует высокой квалификации

С.А.Адамчик, заместитель руководителя Ростехнадзора. — Сергей Анатольевич, кого сегодня в нашей стране волнует безопасность атомной отрасли? — Наверно, в большей мере население. Хотя у меня такое впечатление складывается, что ему уже все равно – оно не очень активно. Его провоцируют на формирование отдельных мнений, особенно в районах строительства атомных станций, а в целом наше население проявляет активность только, если что-то случается. Даже достаточно страшное событие – Чернобыльская катастрофа – сегодня уже стало забываться.