Критерии безопасности - Морские вести России

Критерии безопасности

31.05.2017

Севморпуть

Критерии безопасности

Исходя из анализа многолетнего опыта плавания судов в полярных водах, предлагаются критерии допуска судов в полярные районы. Критерии основаны на физических характеристиках ледяного покрова, наиболее существенно влияющих на ледовые ходкость и прочность судна.

На основании изучения и анализа воздействия морского льда как среды судоходства на эффективность и безопасность плавания судов в полярных водах, выполненных в России в процессе многолетнего освоения Северного морского пути, предлагается в качестве критериев допуска судов в полярные районы принять конкретные физические характеристики и свойства ледяного покрова, которые представляются наиболее важными по их влиянию на ледовую ходкость и ледовую прочность судна.

Лолий Цой, заведующий лабораторией ледокольной техники и ледовых качеств судов АО «ЦНИИМФ», д.т.н.

Ограничительные параметры ледовых условий предлагается устанавливать исходя из ледового класса судов. Соответственно, допустимые условия в предполагаемом районе плавания судна определяются путем мониторинга ледовой обстановки как накануне предстоящего рейса, так и в процессе его выполнения.

На рис. 1 представлена система навигационной оценки морского льда по его сплоченности, возрасту (толщине) и форме, а на рис. 2 – характеристика льда по его состоянию. От этих параметров и свойств ледяного покрова в наибольшей степени зависят успех и безопасность плавания судов во льдах.

Рис. 1. Система навигационной оценки морского льда по сплоченности, возрасту и форме

Рис. 2. Система навигационной оценки морского льда по его состоянию

Насколько существенно влияют толщина льда, его сплоченность и торосистость на эффективность судоходства в ледовых условиях, можно видеть на графических зависимостях (рис. 3а), полученных ЦНИИМФ по результатам обработки натурных данных при проводках атомным ледоколом «Арктика» одного транспортного судна класса УЛА (Arc7) типа «Амгуэма». Характер влияния сжатий на падение скорости проводки судна показан на рис. 3б. Здесь же приведен пример с облипанием корпуса судна снежно-ледяной массой, сопутствующим ледовым сжатиям при определенных гидрометеорологических условиях.

Рис. 3. Зависимость скорости проводки судна типа «Амгуэма» класса УЛА ледоколом типа «Арктика»
а – от сплоченности, толщины и торосистости льда; б – от толщины льда, степени сжатий, облипания корпуса

Влияние торосистости (значок Δ на графике) на сопротивляемость льда движению суд-на может быть отождествлено с влиянием увеличения средней толщины льда в результате его деформирования от сжатий. Исследования Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ), выполненные с целью изучения влияния торосистого льда на ходкость судов, показали, что сопротивляемость ледяного покрова при увеличении торосистости на один балл возрастает в среднем настолько, насколько она возросла бы при увеличении толщины ровного льда на 25%.

Другой важной навигационной характеристикой морского льда является сплоченность (значок ο на рис. 3а). Сплоченность и толщину следует отнести к основным характеристикам льда, которые в первую очередь должны приниматься во внимание при выборе оптимального пути судна в ледовых условиях. Следуя этому принципу, судоводители сначала определяют зону, где сплоченность льда минимальная, и затем в этой зоне выбирают участки с наименьшей толщиной и наибольшей раздробленностью льда.

К числу важных характеристик, влияющих на проходимость судна во льдах, относятся также форма, заснеженность, разрушенность льда и ледовые сжатия. Если с повышением степени разрушенности льда в процессе его таяния проходимость судна облегчается, то с увеличением высоты снежного покрова, особенно при низких температурах наружного воздуха, когда снег плотный и сухой, сопротивление заснеженного льда движению судна значительно возрастает. Так, натурные испытания ледоколов в зимних условиях показали, что при высоте снежного покрова более 50 см дополнительное сопротивление движению ледокола равносильно сопротивлению ровного сплошного льда той же толщины.

Из всех перечисленных факторов, отрицательно влияющих на проходимость судна во льдах, наиболее лимитируют его движение сжатия льда и сопутствующие им ледовые реки и дрейфоразделы, т.е. явления перегруппировки льда под воздействием ветра и течений. Сильные ледовые сжатия при определенных условиях в состоянии остановить даже мощный ледокол. Поэтому сжатие льда, являющееся основной причиной вынужденных стоянок судов, следует отнести к числу важнейших навигационных ледовых характеристик. В качестве примера, подтверждающего опасность для судоходства этого природного явления, на рис. 4 показана схема вынужденного дрейфа а/л «Ленин» в апреле 1976 г., попавшего в дрейфораздел в проливе Карские Ворота. В итоге ледокол пробыл в ледовом плену около 40 часов.

Рис. 4. Вынужденный дрейф ледокола «Ленин» в проливе Карские Ворота, апрель 1976 г.

Выполненный ААНИИ анализ условий плавания на различных участках Северного морского пути показал, что протяженность пути плавания в условиях сжатий различной степени составляет в среднем 20-40% от общего расстояния проводок судов в зимний период и 10-25% – в летний период навигации. Наибольшей силы сжатия льды достигают в прибрежной зоне шириной до 30 миль при скорости нажимного ветра, превышающей 10-12 м/с.

Для определения допустимых условий плавания в полярных районах судов, спроектированных для эксплуатации в зимний период в замерзающих неарктических морях, необходимо выявить эквивалентную зимнему толщину разрушенного таянием полярного льда в летний период. На рис. 5 представлены полученные ААНИИ по результатам наблюдений в Антарктике функции распределения дрейфующих льдов в зависимости от их возраста и степени разрушенности в баллах.

Рис. 5. Функция распределения толщины дрейфующего льда различной разрушенности (1, 2 – разрушенность 0 баллов для многолетних и однолетних льдов, 3, 4 – разрушенность многолетних льдов 1-3 и 4-5 баллов соответственно)

Этот график демонстрирует степень стаивания многолетних льдов в течение летнего сезона в приполюсных районах. Систематизированные ААНИИ данные по определению толщины льда в зависимости от его разрушенности приведены на рис. 6 и 7. Кроме того, тающий лед значительно теряет свою прочность – в 2 раза и более. С использованием известной квадратичной зависимости испытываемых корпусом судна при ударе о лед нагрузок от толщины льда нетрудно установить эквивалентную зимнему периоду толщину летнего разрушенного таянием льда той или иной балльности.

Рис. 6. Соотношение между разрушенностью толстого однолетнего (Rо) и других возрастных видов льда: 1 – тонкий однолетний, 2 – однолетний лед средней толщины, 3 – двухлетний

Рис. 7. Номограмма для определения толщины льда в период таяния (HR) по данным о разрушенности (R) и толщины льда в конце периода нарастания (Но)

Таким образом, рассмотрение различных свойств и характеристик ледяного покрова в Арктике и Антарктике как среды судоходства позволило выявить параметры ледовых условий, наиболее сильно влияющие на безопасность и надежность плавания во льдах. В результате подготовлены предложения по назначению критериев допуска судов к плаванию в покрытых льдом полярных водах как самостоятельно, так и под проводкой ледоколов. При этом предлагается регламентировать допуск судов различных ледовых классов также по ледопроходимости, поскольку безопасность плавания судна во льдах характеризуется наряду с ледовой прочностью и ледовой ходкостью. Унифицированные требования МАКО к судам полярного плавания (принятые в 2006 г.) регламентируют только ледовую прочность, подразделяя суда на полярные классы в зависимости от объема ледовых усилений их корпуса. Вместе с тем практика показывает, что, если судно имеет недостаточную мощность, оно может попасть в ледовый плен и оказаться в вынужденном дрейфе, подвергаясь опасности быть раздавленным при сжатиях льдов, или быть вынесенным на мель или подводные скалы с последующей гибелью.

Поскольку ходкость судна во льдах зависит не только от мощности главных двигателей, но и от формы обводов корпуса, его размерений, характеристик движительного комплекса, состояния наружной обшивки корпуса в качестве обобщенного критерия ледовой ходкости судна при решении вопроса о его допуске к плаванию в замерзающих морях целесообразно использовать предельную толщину ровного сплошного льда, преодолеваемого судном непрерывным ходом с минимальной устойчивой скоростью около 2 уз. Предлагаемый критерий ледовой ходкости именуется ледопроходимостью. На рис. 8 представлена структурная схема влияющих на ледопроходимость факторов.

Рис. 8. Основные факторы, от которых зависит ледопроходимость судна

Необходимый уровень ледопроходимости судна должен регламентироваться в зависимости от ледового класса. Выполненные в ЦНИИМФ исследования позволяют установить минимально допустимые численные значения ледопроходимости для судов каждой категории, которые предлагается назначать из условия возможности вывода (высвобождения) судна ледоколом, если судно окажется в не соответствующей его классу более тяжелой на один разряд ледовой обстановке и не сможет двигаться самостоятельно. В этих запредельных (с учетом торосистости) для данного класса условиях судно должно иметь достаточную ледопроходимость, чтобы устойчиво двигаться в канале за ледоколом и таким образом избежать ледового плена. В таблице 1 представлено полученное расчетом, исходя из удовлетворения принятого условия, соотношение между категориями ледовых усилений и потребной ледопроходимостью судов ледового плавания.

Таблица 1. Предлагаемое требование к ледопроходимости судов в зависимости от ледового класса

Полярный класс МАКО (ИМО)

Ледовый класс Финско-Шведских правил

Категория ледовых усилений РМРС, 2007 г. (1995 г.)

Ледовые условия по «Номенклатуре морских льдов» ВМО, см

Минимальный уровень ледопроходимости, м

PC1

-

-

Многолетний лед >400

3,0

PC2

-

Arc9

Многолетний лед 300-400

2,4

PC3

-

Arc8

Двухлетний лед 200-300

1,8

PC4

-

Arc7

Однолетний толстый 120-200

1,3

PC5

-

Arc6

Однолетний средний 90-120

1,0

PC6

IA Super

Arc5 (УЛ)

Однолетний средний 70-90

0,7

PC7

IA

Arc4 (Л1)

Однолетний тонкий 50-70

0,5

-

IB

Ice3

Белый 30-50

0,35

-

IC

Ice2

Серо-белый 15-30

0,25

-

Category II

Ice1

Серый 10-15

0,15

Необходимо отметить, что полученные значения минимально допустимой ледопроходимости судов соответствуют значениям, принятым в разработанном Российским морским регистром судоходства (РМРС) с участием ЦНИИМФ проекте новой редакции главы 2.1 «Мощность главных механизмов» Правил классификации и постройки морских судов (см. Российский морской регистр судоходства. Сборник нормативно-методических материалов. Книга девятнадцатая. СПб., 2009). В новой редакции требований к главным механизмам судов ледового плавания в качестве основного базового эксплуатационного режима для расчета пропульсивной мощности принято самостоятельное движение судна со скоростью 2 уз. в ровном сплошном льду, толщина которого назначается в зависимости от ледовой категории судна.

Следует обратить внимание и на то, что расчетные значения требуемой ледопроходимости, полученные для судов балтийских классов, соответствуют также ограничениям на движение судов, регламентируемым Рекомендациями ХЕЛКОМ 25/7, где предусмотрена связь между ледовым классом судна и условиями самостоятельного плавания с минимальной устойчивой скоростью 1-2 уз., характеризуемыми допустимой толщиной ровного льда.

Таким образом, изложенное позволяет оценивать пригодность судна к безопасному плаванию в том или ином полярном районе как в зависимости от его ледовых качеств (ледовой прочности и ледовой ходкости), так и от конкретных ледовых условий на маршруте следования, характеризующихся сезонностью, толщиной, сплоченностью и формой льда и являющихся определяющими при оценке успешности ледовой навигации при использовании судов того или иного ледового класса. Основанные на этом принципе критерии допуска судов к самостоятельному плаванию в полярных водах представлены в таблице 2.

Таблица 2. Предлагаемые критерии допуска судов к самостоятельному плаванию в полярных водах в зависимости от периода навигации, ледовых условий, ледового класса и ледопроходимости судна

Кроме того, в целях конкретизации безопасных условий эксплуатации судна во льдах, включая безопасные скорости, в зависимости от индивидуальных особенностей его конструкции и энергетической установки, а также ледовой обстановки на трассе и ледокольного обеспечения предлагается каждое судно снабжать «Рекомендациями по ледовой безопасности» (Ледовым сертификатом), выдаваемыми компетентной организацией, уполномоченной федеральным органом исполнительной власти в области транспорта. На-копленный к настоящему времени опыт разработки Ледовых сертификатов свидетельствует о значительном снижении ледовой повреждаемости судов, использующих эти доку-менты в процессе ледового плавания. Капитан ледокола, осуществляющего проводку судна, снабженного «Рекомендациями по ледовой безопасности», получает возможность уверенно взаимодействовать с судном, зная наперед, какие нужно поддерживать скорости и дистанцию во время проводки, обеспечивающие безопасность движения в различных ледовых условиях. В свою очередь капитан судна, находящегося под проводкой ледокола, имеет возможность контролировать задаваемые капитаном ледокола режимы осуществляемой проводки.

Изложенный подход к назначению критериев допуска судов к плаванию в полярных водах явился результатом анализа многолетнего опыта как регламентирования требований к судам ледового плавания отечественным Морским регистром (Правила изд. 1970, 1981, 1990, 1995, 1999, 2005, 2008 гг.), так и эксплуатации и обеспечения безопасности плавания судов в процессе освоения Арктики и Антарктики.

Морские вести России №14 (2016)

75 лет Великой Победы
Баннер
6MX
Справочник Речные порты России 2019
Журнал Транспортное дело России