ЛЕДОКОЛЬНЫЙ КОНТЕЙНЕРОВОЗ-СУХОГРУЗ АКТИВНОГО ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к ледокольным контейнеровозам-сухогрузам активного ледового плавания, в частности к арктическим контейнеровозам-сухогрузам с повышенной контейнеровместимостью и возможностью самостоятельного плавания и проводки транспортных судов в ледовых условиях Арктики и Антарктики.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наметившееся в последнее время интенсивное развитие инфраструктуры арктических районов, связанное с освоением месторождений углеводородного и минерального сырья, настоятельно требует значительного увеличения объема круглогодичной доставки в эти районы народно-хозяйственных грузов и вывоза добываемого сырья и продукции.
Кроме этого, с учетом существенно возросшего грузопотока между странами азиатско-тихоокеанского региона и Европой возрастает значения арктического судоходства, в частности морских контейнерных перевозок по Северному морскому пути.
Сейчас большинство морских перевозок между Азией и Европой осуществляется по южному пути - через Суэцкий канал и Средиземное море. Протяженность указанного маршрута от Йокагамы до Гамбурга составляет 11600 миль, в то время как протяженность Северного морского пути - всего 7200 миль. Складывающиеся ледовые условия в Арктике делают Северный морской путь более экономически выгодной и быстрой альтернативой южному пути по меньшей мере на протяжении семи-восьми месяцев в году.
В силу вышеописанных факторов насущной задачей является разработка и строительство арктических контейнеровозов-сухогрузов с увеличенными контейнеровместимостью и ледопроходимостью.
Из уровня техники известны транспортные суда с ледокольным усилением для перевозки различных грузов в условиях Арктики, в том числе без ледокольного сопровождения.
Из патента РФ 2389640 известно арктическое ледокольное транспортное крупнотоннажное судно с ледостойким пелоном. Указанное судно содержит подводный грузовой корпус, надводную часть в виде главной палубы с надстройкой, узел, соединяющий подводный корпус и надводную часть судна, и ледоразрушающее устройство. Соединяющий узел выполнен в виде ледостойкого пилона, вдоль которого проходит грузовая ватерлиния и который расположен в носовой части подводного корпуса непосредственно за форпиком симметрично относительно диаметральной плоскости корпуса судна. Верхняя палуба подводного корпуса имеет в районе пилона усиленную конструкцию, при этом конструкция пилона является несущей для главной палубы, а его передняя часть выполнена в виде ледоразрушающего устройства. Как заявлено авторами изобретения, указанное судно обеспечивает возможность плавания в арктических условиях с толщиной льда до 2-3 метров без ледокольного сопровождения. Конструкция этого судна также обеспечивает возможность движения на малых глубинах, например в условиях арктического шельфа российских морей, а следовательно не требует использования глубоководных морских портов.
Однако в качестве средств для перевозки грузов ледокольное транспортное судно по патенту РФ 2389640 снабжено грузовыми танками, то есть его функциональность ограничена перевозкой наливных грузов.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является многоцелевое сухогрузное судно по патенту РФ 50972 на полезную модель, содержащее верхнюю палубу, грузовую зону и носовую и кормовую оконечности. Грузовая зона разделена на грузовые трюмы, оборудованные люками и многосекционными водонепроницаемыми люковыми закрытиями, при этом грузовые трюмы снабжены днищем, конструктивно совмещенным со вторым дном судна, продольными и поперечными переборками, а также комингсами, установленными с превышением над верхней палубой их верхних граней. В трюмах под люковым закрытием обеспечена возможность размещения целого числа ярусов контейнеров международного стандарта ISO. Корпус судна по патенту РФ 50972 на полезную модель имеет ледовое усиления, что обеспечивает возможность использования этого судна в арктических водах.
Однако необходимо отметить, что, несмотря на наличие ледового усиления, многоцелевое сухогрузное судно по патенту РФ 50972 на полезную модель неспособно без ледокольного сопровождения преодолевать льды толщиной до 2 м и осуществлять проводку транспортных судов в указанных ледовых условиях. Кроме того, контейнеровместимость указанного судна не превышает 237 контейнеров международного стандарта ISO. Таким образом, во многих случаях при использовании этого судна в арктических условиях ему необходимо ледокольное сопровождение, что в сочетании с его ограниченной контейнеровместимостью может приводить к уменьшению экономической эффективности такого использования.
Следовательно, несмотря на наличие различных транспортных судов, предназначенных для арктического плавания, в том числе без ледокольного сопровождения, остается потребность в разработке и строительстве ледокольных контейнеровозов-сухогрузов активного ледового плавания с увеличенной контейнеровместимостью и имеющих ледовое усиление для обеспечения их самостоятельного плавания в ледовых условиях Арктики и Антарктики.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявляемой полезной модели является создание ледокольного контейнеровоза-сухогруза активного ледового плавания с повышенной контейнеровместимостью и возможностью плавания в ледовых условиях Арктики и Антарктики без ледокольного сопровождения, а также возможностью проводки транспортных судов в указанных условиях.
Указанная задача решена благодаря тому, что в арктический контейнеровоз-сухогруз, содержащий верхнюю палубу, грузовую зону, носовую и кормовую оконечности, дополнительно включена по меньшей мере одна промежуточная палуба, его грузовая зона выполнена с возможностью размещения в ней не менее 1400 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО высотой от 4 до 10 футов, а его носовая оконечность выполнена с возможностью обеспечения самостоятельного плавания и проводки транспортных судов в ледовых условиях Арктики и Антарктики с толщиной льда до 2-х метров.
Предпочтительно длина между носовым и кормовым перпендикулярами контейнеровоза-сухогруза, измеренная по летней грузовой ватерлинии, лежит в диапазоне 190-230 м.
Наибольшая ширина контейнеровоза-сухогруза предпочтительно лежит в диапазоне 28-33 м.
Высота борта контейнеровоза-сухогруза до верхней палубы предпочтительно лежит в диапазоне 14-17 м.
Осадка контейнеровоза-сухогруза в полном грузу в морской воде предпочтительно лежит в диапазоне 9,5-10,5 м.
Кормовая оконечность контейнеровоза-сухогруза выполняется с возможностью преодоления льда толщиной до 2-х метров при движении контейнеровоза-сухогруза кормой вперед.
Контейнеровоз-сухогруз в предпочтительном варианте реализации содержит две полноповоротные винторулевые колонки (ПВРК) типа «Азипод», выполненных с возможностью работы в ледовых условиях с толщиной льда до 2-х метров для обеспечения ледопроходимости кормой в указанных ледовых условиях.
Контейнеровоз-сухогруз может содержать комплекс судовых грузоподъемных устройств, выполненных с возможностью погрузки и выгрузки грузов массой до 40 т и возможностью погрузки и выгрузки грузов массой до 70 т с использованием траверзы.
Ниже описан один из вариантов реализации предложенной полезной модели со ссылками на сопроводительный чертеж.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
На фиг. изображено сечение ледокольного контейнеровоза-сухогруза в соответствии с настоящей полезной моделью.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Ледокольный контейнеровоз-сухогруз активного ледового плавания в соответствии с настоящей полезной моделью представлен на фиг. Контейнеровоз-сухогруз 1 содержит корпус 2, верхнюю палубу 3, промежуточную палубу 4, носовую оконечность 5 и кормовую оконечность 6 и предпочтительно предназначен для транспортировки контейнеров 15. Жилая надстройка 12 и машинное отделение 13 имеют кормовое расположение.
В отличие от других существующих специализированных судов, предназначенных для использования в Арктике, Контейнеровоз-сухогруз 1 совмещает функции транспортного грузового судна (контейнеровоза-сухогруза) и ледокола (судна, предназначенного для проводки транспортных судов в ледовых условиях), а также учитывает особенности эксплуатации в Арктике, в условиях торошения и подвижки льдов, мелководья и связанной с этим необходимости погрузки и/или выгрузки грузов в рейдовых условиях, а зимой и на ледовый припай, слабой оснащенности портов и портопунктов собственными средствами грузообработки судов или вообще отсутствия таковых.
Для обеспечения указанного совмещения функций, в отличие от существующих специализированных судов, в данном судне реализованы следующие конструктивные мероприятия.
В средней части судна расположена грузовая зона 7, которая включает грузовые помещения в виде трюмов 8 и твиндеков 9 и среднюю часть верхней палубы 3. Промежуточная палуба 4, включенная в грузовую зону 7, обеспечивает дополнительную универсальность судну в арктических условиях, которая может потребоваться при завозе в арктические порты и портопункты и/или вывозе из них разнообразных генеральных грузов, которые не могут быть размещены в контейнерах и которые имеют различные размеры и массы. Грузовые помещения выполнены ящичной формы без поперечных и продольных подпалубных карманов, а размеры грузовых помещений кратны размерам контейнеров международного стандарта ISO длиной от 10 до 40 футов. Люковые закрытия верхней палубы 3 и промежуточной палубы 4 выполнены понтонного типа с возможностью их складирования на судне.
Высота трюмов 8 при закрытых люковых закрытиях промежуточной палубы 4 обеспечивает установку штабеля из трех контейнеров международного стандарта ИСО высотой до 10 футов. Высота твиндеков 9 обеспечивает установку контейнеров международного стандарта ИСО высотой 2,9 м в два яруса. Ширина судна на уровне верхней палубы обеспечивает установку на люковых закрытиях твиндеков 9 девяти рядов контейнеров международного стандарта ИСО и по одному ряду над боковыми проходами верхней палубы.
В целом размеры трюмов 8 и твиндеков 9 по длине, ширине и высоте, а также размеры грузовой части верхней палубы 3 по длине и ширине обеспечивают возможность транспортировки 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО общим количеством не менее 1400 при средней массе брутто контейнеров исходя из обеспечения осадки судна по грузовую марку и требований по остойчивости при гомогенной загрузке судна, но не менее 12,5 т. Максимальная контейнеровместимость определяется при открытых люковых закрытиях промежуточной палубы 4. При этом контейнеры могут быть размещены в трюмах 8, на люковых закрытиях верхней и промежуточной палуб, настиле верхней палубы перед кормовой жилой надстройкой 12 и над бортовыми проходами верхней палубы. На верхней палубе возможна перевозка на судне рефрижераторных контейнеров и контейнеров с жидкими и твердыми опасными грузами.
Расположение ледового пояса, толщина наружной обшивки, расположение и размеры подкрепляющего набора ледового пояса в районе грузовой зоны соответствуют требованиям классификационного общества Российский морской регистр судоходства (РМРС) на категорию ледовых усилений Arc8.
Носовая оконечность 5 выполнена с возможностью обеспечения самостоятельного плавания (без ледокольного сопровождения) и проводки транспортных судов в ледовых условиях Арктики с толщиной льда до 2-х метров. В частности, расположение ледового пояса по высоте и длине наружной обшивке корпуса судна, толщина наружной обшивки и размеры подкрепляющего набора в области носовой оконечности, а также форма обводов носовой оконечности (угол наклона летней грузовой ватерлинии на носовом перпендикуляре, угол наклона форштевня на уровне летней грузовой ватерлинии и углы наклона шпангоутов на уровне летней грузовой ватерлинии) соответствуют требованиям классификационного общества Российский морской регистр судоходства (РМРС) на категорию ледовых усилений Arc8 и обеспечивает наилучшую ледовую ходкость и восприятие ледовых нагрузок на корпус судна при движении во льдах.
Кормовая оконечность 6 выполнена с возможностью преодоления льда толщиной до 2-х метров при движении судна кормой вперед. При этом корма с точки зрения Правил классификационного общества рассматривается как носовая оконечность. Фактически расположение ледового пояса по высоте и длине наружной обшивке корпуса судна, толщина наружной обшивки и размеры подкрепляющего набора в области кормовой оконечности, а также форма обводов кормовой оконечности аналогичны указанным параметрам носовой оконечности, то есть также соответствуют указанным требованиям на категорию ледовых усилений Arc8. Это значительно расширяет возможности работы судна во льдах и существенно повышает надежность и безаварийность судна при работе в ледовых условиях.
В качестве рулевого устройства судна использованы две полноповоротные винто-рулевые колонки 10 (ПВРК) типа «Азипод». Каждая колонка 10 содержит высокомоментный электродвигатель, расположенный в отдельной гондоле. Гребной винт установлен непосредственно на валу электродвигателя, что обеспечивает передачу вращательного момента с двигателя непосредственно на винт без применения промежуточных валов или редукторов. Отсутствие промежуточных элементов исключает потери энергии, возникающие при передаче энергии с вала двигателя на винт. Колонка 10 закреплена вне корпуса судна с помощью шарнирного механизма и может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°, что улучшает маневренность судна по сравнению с обычными движительно-рулевыми устройствами, как на чистой воде, так и в ледовых условиях. Суммарная мощность двух ПВРК лежит в диапазоне 26-28 МВт, например 26 МВт.
Для дополнительного улучшения маневренности во льдах и при швартовых операциях контейнеровоз-сухогруз снабжен носовым электроприводным подруливающим устройством (не показано) мощностью, лежащей в диапазоне 1,0-1,3 МВт, например 1,1 МВт.
При этом движительно-рулевой комплекс контейнеровоза-сухогруза также соответствует указанным требованиям на категорию ледовых усилений Агс8 и условиям эксплуатации судна в соответствии с его назначением.
Главная энергетическая установка контейнеровоза-сухогруза является дизель-электрической двухвальной. Мощность главной энергетической установки составляет около 40 МВт и выбрана из расчета мощности движетельно-рулевых устройств и требуемой электроэнергии на собственные нужды. Главная энергетическая установка может содержать 2 главных дизель-генератора (ГДГ) 16V38 с выходной мощностью по 11,6 МВт и 2 ГДГ 12V38 с выходной мощностью 8,7 МВт.Еще в одном варианте реализации главная энергетическая установка может содержать 4 ГДГ одинакового типоразмера, например 8L46 с выходной мощностью 9,6 МВт каждый. Возможны иные варианты комплектации главной энергетической установки.
Предусмотренная мощность главной энергетической установки контейнеровоза-сухогруза, использующей принцип электродвижения, а также применение в качестве движительно-рулевого комплекса винто-рулевых колонок, соответствующих ледовому классу Arc8, обеспечивает преодоление льда толщиной до 2 м и круглогодичное самостоятельное (без ледокольного сопровождения) плавание в Арктике с обеспечением завоза в арктические порты и портопункты и вывоза из них различных грузов. Кроме самостоятельного плавания в различных ледовых условиях заявляемый контейнеровоз-сухогруз может проводить караваны судов в ледовых условиях Арктики и других замерзающих морях планеты.
Главные размерения судна (длина L, ширина В и высота D борта до верхней палубы) определяются необходимостью размещения указанного максимального количества 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО высотой от 4 до 10 футов (не менее 1400) в грузовых помещениях и на верхней палубе; двигательно-движительного комплекса и жилой надстройки для экипажа и при необходимости пассажиров; запасов топлива, смазочного масла, пресной воды и элементов снабжения; требуемого количества жидкого балласта для обеспечения необходимой посадки при переходах судна без груза; а также обеспечения остойчивости и непотопляемости в полном грузу и в балласте; обеспечения необходимых мореходных и ледокольных обводов носовой и кормовой оконечностей судна по условиям эксплуатации как на чистой воде, так и в ледовых условиях; расположением необходимых для нормальной эксплуатации судна механизмов, систем и устройств и прочими факторами.
Ширина судна определяется количеством размещаемых по ширине судна рядов стандартных контейнеров ИСО шириной 8'(2,44 м) с учетом зазоров между ними и необходимостью обеспечения требуемых показателей остойчивости и прочности судна. Для обеспечения указанных выше требований ширина судна лежит в диапазоне 28-33 м. При этом следует иметь в виду, что ширина судна, при прочих равных условиях, является главным фактором, влияющим на сопротивление движения судна во льдах, в связи с чем значительно увеличивать ее нецелесообразно. Кроме этого слишком большая ширина отрицательно сказывается и на скорости движения судна на чистой воде.
Высота борта судна до верхней палубы определяется, во-первых, необходимостью размещения в грузовых помещениях требуемого количества 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО высотой от 4' до 10' (от 1,22 до 3,05 м) и других грузов, и, во-вторых, необходимостью выполнения требований по обеспечению остойчивости на больших углах крена при волнении и непотопляемости.
Для обеспечения вышеуказанных требований высота борта судна до верхней палубы лежит в диапазоне 14-17 м.
В
Длина судна определяется необходимостью размещения требуемого количества 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО; двигательно-движительного комплекса и жилой надстройки; запасов топлива, смазочного масла и пресной воды на максимальную дальность плавания; типом предусмотренных люковых закрытий (понтонного типа или складывающихся) и прочих факторов и связана с принятыми шириной судна, осадкой и коэффициентом общей полноты судна (С). Расчетную длину заявляемого контейнеровоза-сухогруза определяют как наибольшее из таких расстояний, как расстояние, измеренное на уровне летней грузовой ватерлинии от передней кромки форштевня до кормовой кромки рудерпоста или оси баллера руля (оси или осей винто-рулевых колонок различного типа), и 96% длины судна, измеренной на уровне этой ватерлинии от передней кромки форштевня до крайней кромки кормовой оконечности судна, однако длина судна в любом случае не превышает 97% длины судна, измеренной на уровне летней грузовой ватерлинии. Длина контейнеровоза-сухогруза также может быть определена как длина между носовым и кормовым перпендикулярами, измеренная по летней грузовой ватерлинии.В любом из вышеперечисленных случаев и с учетом вышеприведенных факторов длина судна лежит в диапазоне 190-230 м.
3
Дальность плавания по запасам топлива контейнеровоза-сухогруза составляет от 3000 до 12000 морских миль. Минимальная дальность плавания соответствует полной загрузке судна максимальным количеством груженых 20-футовых контейнеров международного стандарта ИСО средней массой брутто не менее 12,5 т при осадке судна в диапазоне 9,5-10,5 м в морской воде (плотностью 1,025 т/м). Такая осадка определяется условиями мелководного расположения портов и портопунктов в Арктике. Увеличение дальности плавания достигают за счет соответствующего снижения грузоподъемности судна (уменьшения средней массы брутто указанных 20-футовых контейнеров при максимальной загрузке судна). Осадка по летнюю грузовую ватерлинию может быть больше указанной выше для обеспечения увеличения грузоподъемности судна (увеличения средней массы брутто указанных 20-футовых контейнеров до максимально допустимых международным стандартом ИСО 30,5 тонн) при эксплуатации в более глубоких акваториях, что расширяет эксплуатационно-экономические возможности судна.
Учитывая слабую оснащенность портов и портопунктов в Арктике собственными береговыми средствами грузообработки судов, а также необходимость погрузки и/или выгрузки грузов в рейдовых условиях или погрузки грузов на необорудованный берег (или ледовый припай) и их выгрузки с него, заявляемый контейнеровоз-сухогруз оборудован комплексом судовых грузоподъемных устройств в виде трех грузовых электрогидравлических палубных кранов 11, каждый из которых обеспечивает погрузку и/или выгрузку единичных грузов (контейнеров и генеральных грузов) массой до 40 т. При использовании траверзы двумя кранами 11 возможна перегрузка крупногабаритных и тяжеловесных изделий массой до 70 т.
Краны 11 установлены на левом борту в районе бортового прохода. Вылет стрелы каждого крана 11 обеспечивают грузообработку всех 10-, 20- и 40-футовых контейнеров, установленных в трюмах, твиндеках, на люковых закрытиях верхней палубы, над бортовыми проходами верхней палубы, на настиле верхней палубы перед кормовой надстройкой, и составляет 30 м.
Еще в одном варианте реализации краны 11 установлены в диаметральной плоскости судна. В этом случае вылет стрелы каждого крана 11 обеспечивают грузообработку всех 10-, 20- и 40-футовых контейнеров, установленных в трюмах, твиндеках, на люковых закрытиях верхней палубы, над бортовыми проходами верхней палубы, на настиле верхней палубы перед кормовой надстройкой, и составляет 10 м.
Возможна комплектация судна двумя грузовыми кранами.
Для обеспечения буксировки транспортных судов в ледовых условиях и на чистой воде контейнеровоз-сухогруз оборудован электрической двухбарабанной буксирной лебедкой 14 с тяговым усилием от 150 до 200 т, например 180 т, расположенной в кормовой оконечности. Также в кормовой оконечности расположено кранцевое устройство (не показано) для обеспечения буксировки судов вплотную.
При использовании для загрузки заявляемого контейнеровоза-сухогруза контейнерами их последовательно загружают в трюмы, твиндеки и на верхнюю палубу с помощью кранов 11.
Для этого, при использовании люковых закрытий понтонного типа, сначала снимают люковые закрытия верхней палубы и складируют их на настил верхней палубы, или на берег (береговой припай). Далее снимают люковые закрытия промежуточной палубы и также складируют их на настил верхней палубы, или на берег (береговой припай). После этого осуществляют загрузку контейнеров в нижние трюмы 8, устанавливая их друг на друга в два яруса. После этого устанавливают на место люковые закрытия промежуточной палубы, а на них, также друг на друга в два яруса, устанавливают контейнеры, располагаемые в твиндеках.
Далее устанавливают люковые закрытия верхней палубы, а на них друг на друга в три или четыре яруса устанавливают контейнеры, располагаемые на верхней палубе и над бортовыми проходами верхней палубы. Друг на друга в штабель до шести ярусов устанавливают контейнеры на настил верхней палубы вблизи жилой надстройки. Контейнеры, расположенные на верхней палубе, закрепляют с помощью специальных деталей крепления, например фиксаторов, цепей или талрепов.
Для достижения максимальной контейнеровместимости судна люковые закрытия промежуточной палубы не устанавливают, а контейнеры последовательно устанавливают друг на друга по всей высоте трюмов и твиндеков. При использовании складывающихся люковых закрытий порядок их открывания и закрывания аналогичен такому порядку при использовании закрытий понтонного типа, но при этом исключена процедура складирования люковых закрытий.
При движении на чистой воде, при ветре не более 3 баллов и волнении моря не более 2 баллов по шкале Бофорта, при осадке по грузовую марку и эксплуатационной мощности главных двигателей, составляющей 85% от максимальной длительной мощности, скорость хода судна составляет не менее 16 узлов. Судно способно преодолевать ровный припайный лед прочностью на изгиб около 600 кПа толщиной 2 м при толщине снежного покрова 0,2 м непрерывным ходом со скоростью не менее 2 узлов. При этом на чистой воде и в сравнительно легких ледовых условиях судно обычно идет носом вперед, а в тяжелых ледовых условиях, в том числе в торошеных льдах, - кормой вперед, используя эффект гидрообмыва ПВРК.
Заявленный контейнеровоз-сухогруз может осуществлять проводку транспортных судов в ледовых условиях, а также буксировку судов в ледовых условиях и на чистой воде с помощью лебедки 14, в том числе вплотную.
Следует отметить, что возможность использования заявляемого контейнеровоза-сухогруза не ограничена Арктикой. Судно может быть также использовано в Антарктике и других замерзающих морях планеты.