Нет, коллеги, всё не так - Морские вести России

Нет, коллеги, всё не так

06.12.2022

Судостроение

Нет, коллеги, всё не так

Фото: пресс-служба ОСК

Вопрос о необходимости возобновления дальнейшего строительства атомных ледоколов после развала Советского Союза был рассмотрен в Мурманске 3 марта 1999 года на совместном совещании министра транспорта и министра по атомной энергии РФ. Старение существующего арктического флота сдерживало транспортное освоение природных ресурсов Севера.

Лолий Цой, инженер-кораблестроитель, д.т.н., профессор

По результатам обсуждения концепции пополнения отечественного ледокольного флота было признано целесообразным в первую очередь приступить к созданию универсального двухосадочного атомного ледокола взамен ледоколов двух классов «Арктика» и «Таймыр». Такой универсальный ледокол, предложенный ЦНИИМФом, имеющий переменную осадку, заменит одновременно линейный трассовый ледокол и мелкосидящий ледокол для проводок судов в мелководных устьях сибирских рек (Енисея и Обской губы).

Во исполнение решения двух министров ЦНИИМФом в 2000 году было выполнено технико-экономическое обоснование (ТЭО) и разработаны основные технико-эксплуатационные требования (ОТЭТ) к универсальному двухосадочному ледоколу с ЯЭУ под шифром ЛК-60Я, имеющему мощность на валах 60 МВт. ОТЭТ были согласованы заинтересованными морскими организациями.

К сожалению, идея создания универсального двухосадочного ледокола не вдохновила судостроителей, которые предпочли бы строить два типа атомных ледоколов: большой линейный двухреакторный (типа «Арктика») и мелкосидящий однореакторный (типа «Таймыр»), имея в виду более полную загрузку судпрома. Да и амбиции корабелов были задеты. Наука судпрома в лице ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова (ныне Крыловского государственного научного центра) всячески сопротивлялась внедрению предлагаемых ЦНИИМФом прогрессивных технических решений в проект нового универсального ледокола. Однако не будем вдаваться в суть разногласий, которые освещены автором в ряде публикаций в журнале «Морской флот».

Итак, к строительству головного универсального ледокола проекта 22220 под названием «Арктика» Балтийский судостроительный завод приступил в 2012 году. Первым ударом по престижному ледоколу явилось невыполненное проектантом требование Технического задания к ледопроходимости на заднем ходу, которая оказалась меньше ледопроходимости на переднем ходу, что значительно ухудшает маневренные характеристики ледокола. В ходе работ вторым серьезным ударом по престижу отечественного судостроения стала совершенно непредвиденная неожиданность – отказ от применения на уже строящемся ледоколе предусмотренного утвержденным проектом плакированного нержавеющей сталью ледового пояса. ЦКБ «Айсберг», Балтийский завод и Атомфлот без предупреждения Росморречфлота и ЦНИИ КМ «Прометей» договорились заменить плакированную сталь гомогенной, отличающейся значительным коррозионно-эрозионным износом. Это необоснованное решение также обсуждалось в публикациях автора и оппонентов на страницах журнала «Морской флот». И вот мнение Российской академии наук на депутатский запрос:

Однако на этом неприятности в процессе строительства уникального ледокола не закончились. Головной универсальный атомный ледокол (ГУАЛ) «Арктика» после затянувшейся достройки, наконец-то, в декабре 2019 года был подвергнут опытному кренованию, результаты которого шокировали не только проектанта и судостроителей, но и заказчика Росатомфлот, к огорчению которого, как удалось установить по результатам кренования, водоизмещение судна порожнем оказалось перегруженным на около 1800 т. Невообразимая величина, составившая 7% от водоизмещения порожнем. Согласно ОСТ 5Р.0216-2002 запас водоизмещения должен составлять около 1% от водоизмещения судна порожнем. Такая большая перегрузка ледокола привела к тому, что его минимальная рабочая осадка для возможности работы на речном мелководье увеличилась с требуемых Техническим заданием 8,7 м до 9,3 м в пересчете на пресную воду с морской воды стандартной солености 1,025 т/м3. Увеличение составило 0,6 м. При этом в процессе постройки корпус ледокола получил прогиб, и его мидель просел на 71 мм. Для наглядности величины превышения массы ГУАЛ по сравнению с проектной заметим, что она соизмерима с водоизмещением порожнем ледокола для Каспийского моря типа «Капитан Измайлов», имеющего длину 56 м, ширину 16 м и высоту борта 6 м.

Озадаченный такой неприятностью, заказчик потребовал от ЦКБ «Айсберг» получить от независимой компетентной организации заключение о возможности безопасной эффективной работы ледокола в условиях предусмотренного Техническим заданием мелководья сибирских рек, то есть о сохранении его универсальности с достигнутой в процессе постройки осадкой.

Такая работа по экспертизе была поручена ЦНИИМФу в лице главного научного сотрудника, д.т.н. Л.Г. Цоя. Итоги анализа, выполненного Л.Г. Цоем, оказались неутешительными. Ледопроходимость ледокола с превышенной осадкой в предельных льдах на мелководье значительно снижается, когда он вынужден дифферентоваться, наползая носом на лед. При этом возрастает вероятность ударов кормой о дно водоема в связи с уменьшением навигационного запаса глубины под килем. Очевидно, такое заключение, ставящее под сомнение безопасность плавания построенного ГУАЛ «Арктика» в условиях мелководья, не могло устроить заказчика, и отчет Л.Г. Цоя был «откорректирован». Полемика автора и оппонентов по этому вопросу также опубликована на страницах журнала «Морской флот» два года назад.

Трави до жвака-галса

И вот 22 февраля 2022 года «Фонтанка.ру» в новостях Санкт-Петербурга опубликовала сенсационную информацию под названием «Испытание Дудинкой. «Сибирь» поборола лишний вес». Сообщается, что «суперледоколы подтвердили универсальность, а главный конструктор впервые признал: в каждом по полторы тысячи лишних тонн. Увеличенная осадка ставит под угрозу попадание в речные порты вдоль СМП».

Первый серийный атомный ледокол проекта 22220 «Сибирь» 1 февраля совершил первый рейс – благополучно провел в порт Дудинка теплоход «Терский берег». Порт расположен в 350 км вверх по течению Енисея.

В тот же день и.о. главного конструктора разработчика проекта АО «ЦКБ «Айсберг» Е.М. Бабич признался, что в ходе строительства масса каждого атомохода была превышена на около полутора тысяч тонн, в связи с чем минимальная рабочая осадка увеличилась на 38 см – с проектных 865 см до 903 см. Это ставило под сомнение пригодность универсальных (по замыслу двухосадочных) ледоколов к проводкам судов в условиях мелководья в устье Енисея до Дудинки и в Обской губе до нефтяного терминала у мыса Каменный. Казалось, можно было бы успокоиться, если бы главный конструктор не лукавил.

Прежде всего необходимо уточнить исходное значение минимальной осадки в морской воде, которое было принято при утверждении технического проекта 22220 в 2011 году равным 8,55 м. Это уже в начале строительства, как упоминалось, Атомфлотом, ЦКБ «Айсберг» и Балтийским заводом было сепаратно от ЦНИИ КМ «Прометей» принято ретроградное решение заменить плакированную сталь ледового пояса на гомогенную, что привело к увеличению веса ледового пояса на около 400 т. Поэтому, если верить названной цифре увеличения осадки ледокола до 9,03 м, то ее превышение над проектной составит 48 см, а не 38 см. Отметим также, что Е.М. Бабич в интервью «Фонтанке», как ни странно, говорил об осадке ледокола в морской воде. Не забыл ли он, что плотность речной пресной воды меньше, чем у морской соленой? Соответствующий пересчет с морской воды на пресную показывает, что осадка ледокола «Сибирь» в Енисее должна была составить 9,26 м, а не 9,03 м. Мало того, и эта цифра оказалась скукоженной по сравнению с установленной ЦКБ «Айсберг» по результатам кренования ГУАЛ «Арктика». Для иллюстрации сказанного представляем таблицу 1 расчетных осадок, официально переданную «Айсбергом» в ЦНИИМФ в 2020 году. Но и здесь не все чисто. Если осадка на ровный киль в соленой воде составила 9,07 м, то в пресной воде она должна составлять 9,30 м в пересчете на стандартную соленость морской воды, равную 1,025 т/м3. В таблице же на удивление читателя осадка ледокола носом пересчитана с солености 1,016 т/м3, а осадка кормой – с солености 1,021 т/м3. Следует также напомнить справедливости ради, что ГУАЛ «Арктика» имеет строительный прогиб, и его осадка на миделе в данном случае должна составлять 9,41 м в пресной воде.

Таблица 1

Дедвейт по спецификации 22220.360060.130

Водоизмещение порожнем (по результатам кренования)

т

25 601

Постоянные жидкие грузы

т

211

Дедвейт:

Дизельное топливо

т

423

Питательная вода

т

1S5

Турбинное масло

т

1,37

Дизельное масло РДГ

т

1,80

Дизельное масло АДГ

т

1,30

Масло ГЭД и валопроводов

т

да

Пресная вода

т

150,00

Экипаж с багажом

т

15,10

Провизия

т

54,40

Расходные материалы

т

0,20

Расходные жидкие среды

т

186,20

Итого дедвейт

т

ок. 1002

Водоизмещение

т

26 804

Осадки без удифферентовки

В соленой воде:

Осадка на миделе

м

9,05

Осадка носом

м

8,94

Осадка кормой

м

9,16

В пресной воде:

Осадка на миделе

м

9,22

Осадка носом

м

9,09

Осадка кормой

м

9,35

Жидкий балласт (для удифферентовки)

т

114,0

Итого дедвейт

т

ок. 1116

Водоизмещение

т

26 917

Осадки

В соленой воде:

Осадка на миделе

м

9,07

Осадка носом

м

9,07

Осадка кормой

м

9,07

В пресной воде:

Осадка на миделе

м

9,24

Осадка носом

м

9,22

Осадка кормой

м

9,26

Действительно, «Сибирь» совершила переход по Енисею в Дудинку. Однако делать уверенный вывод о возможности безопасной работы новых ледоколов в условиях мелководья сибирских рек преждевременно. Это «показательное выступление» с буксировкой судна на малой скорости не было критичным. Ледокол «прогулялся» по готовому каналу, проложенному накануне ледоколом «Таймыр». Толщина льда в это время составляла около 1 м, то есть примерно в два раза тоньше максимального весеннего.

Необходимо напомнить, что максимальная допустимая осадка транспортных судов, следующих по Енисею в Дудинку, равна 9,3 м, о чем свидетельствует прилагаемое письмо о проходной осадке капитана морского порта Дудинка. В ледовый период суда плывут по каналу, проложенному ледоколом. Маломощные суда ледокол берет на буксир. Поэтому их движение осуществляется на относительно низких скоростях, тем более при прохождении мелководных участков, и, соответственно, в положении на ровный киль.

При прокладке канала в тяжелом льду ледокол дифференцируется. Происходит проседание кормы, которое складывается с дополнительным ее «присосом» ко дну мелководья. Кроме того, увеличивается ледовое сопротивление, когда толщина льда превышает зазор глубины под килем, вероятны повреждения корпуса и винторулевого комплекса. Очевидно, окончательные выводы о возможности безопасной надежной работы новых универсальных ледоколов в реках могут быть сделаны только после всесторонних ледовых испытаний в предельных льдах на предельном мелководье на планируемых направлениях использования.

Установлено на практике

Следует признать, что еще до интервью главного конструктора было установлено, что фактическое увеличение минимальной рабочей осадки новых ледоколов составило около 75 см. Судоводители ГУАЛ «Арктика» и УАЛ «Сибирь», не дожидаясь официальных сдаточных ледовых испытаний, сразу с вводом ледоколов в эксплуатацию проверили их минимальную рабочую осадку и гидрографические условия ожидаемой работы в мелководных районах.

1. В период 7–10 мая 2021 года экипажем ГУАЛ «Арктика» была выполнена пробная прокладка канала в Обской губе от Сабетты к мысу Каменный. Перед началом работ по прокладке канала было произведено осушение всех балластных днищевых и бортовых цистерн. В дифферентных цистернах оставили минимальный объем для возможности удифферентовки на ровный киль. Был произведен расчет осадок, который показал: Тн = 9,47 м, Тк = 9,43 м. Также произвели визуальный осмотр фактических осадок ледокола по маркам углубления и штатным осадкомерам. Итоги замеров осадок представлены в таблице 2.

Осредненно осадка на ровный киль составила 9,43 м.

Таблица 2. Минимальные осадки ГУАЛ «Арктика»

Метод определения

Осадка носом, Тн, м

Осадка кормой, Тк, м

Согласно расчету

9,47

9,43

Система «Таймыр»

9,20

9,40

Трубки

9,20

9,80

Визуально по маркам

9,50

9,40

Согласно таблице маневренных характеристик просадка ледокола на чистой воде при скорости 4 узла составляет 0,16 м.

Толщина припайного льда, замеренная на старте, составила 140 см, лед ровный, без торосов, заснеженность льда – 12 см. Движение осуществлялось при ограничении мощности 60-70% со скоростями 6-7 узлов. При входе в припай, сформированный на ранних стадиях ледообразования, толщиной 180 см мощность подняли до 80% – движение уверенное, 6-7 узлов на ровных участках. В торосистых участках скорость падала вплоть до остановок. Работу ударами ограничивали скоростью набега 6 узлов при глубинах менее 5 м под килем для избежания опасной просадки кормой в момент выползания на лед.

В районе мыса Херсе ледокол работал ударами при прохождении вмороженного в припай поля сморози. В итоге ледокол совершил 27 ударов. Во время работы ударами на глубинах менее 12 м по карте скорость набега ограничивалась до 2-4 узлов.

В результате проведенного эксперимента общая длина проложенного «Арктикой» нового канала составила 146,3 мили, чистое время, затраченное на прокладку, – 38 часов. Средняя скорость движения с прокладкой канала составила 3,8 узла. За это время ледокол совершил 89 ударов. Случаев заклинивания ледокола не было.

Общее впечатление судоводительского состава о ледоколе: «Длина ледокола и хороший отклик на перо руля позволяют выполнять повороты плавно. Ледокол отлично удерживается на заданных курсах даже на минимальной скорости 1,5 узла. Водоизмещение 27 700 рег. т позволяет продавливать имеющийся лед при выползании. Сильной вибрации не наблюдалось».

Таким образом, натурные замеры и результаты проверочных расчетов судоводителей ГУАЛ «Арктика» в Обской губе показали, что фактическая минимальная (безбалластная) осадка головного ледокола в пресной воде составляет в среднем 9,45 м вместо утвержденных Техническим заданием 8,7 м. При прокладке канала к мысу Каменный зафиксированная эхолотами минимальная глубина под килем ледокола составила 0,7 м.

2. Вступивший в строй в 2022 году первый серийный УАЛ «Сибирь» проекта 22220 в начале февраля также был подвергнут натурной проверке достигнутой в результате его постройки минимальной рабочей осадки, выполненной непосредственно экипажем при проводках судов по Енисею в порт Дудинка.

В Енисейском заливе все балластные цистерны были осушены и произведен расчет осадок, показавший осадку носом Тн = 9,59 м и осадку кормой Тк = 9,39 м. Затем был выполнен визуальный замер осадок со льда и по судовым измерительным системам (осадкомерам), результаты которого представлены в таблице 3.

Таблица 3. Минимальные осадки УАЛ «Сибирь»

Метод определения

Осадка носом, Тн, м

Осадка кормой, Тк, м

Согласно расчету

9,59

9,39

Система «Таймыр»

9,10

9,30

Трубки

10,00

9,23

Визуально по маркам

9,45

9,30

Из сравнения данных таблиц 2 и 3 можно видеть, что средние значения осадок обоих ледоколов практически одинаковые и составляют около 9,43 м. Да, «Сибирь» не отстала от «Арктики».

Согласно таблице маневренных характеристик приращение осадки кормой ледокола на чистой воде составляет:

– для скорости 8,0 узлов – 0,36 м;

– для скорости 6,0 узлов – 0,21 м.

Фактических измерений толщины льда не проводилось. Предварительные данные по состоянию припая реки Енисей: припай средней толщины, заснежен, канал а/л «Таймыр» набит, сморожен, местами переметен. Толщина припайного льда минимальная – 70-100 см, средняя – 90-120 см. Средняя толщина снежного покрова – 25-30 см. Прирост толщины льда в сутки составляет 1-3 см.

В среднем мощность СЭД составляла 40-50%, при проходе мелководного участка района Шайтанского бара при следовании по переметенному снегом каналу мощность поднималась до 70%.

Средняя скорость движения составила 8 узлов, при проходе мелководных участков и в поворотах снижалась до 5-6 узлов, а за пределами изобаты 15 м поднималась до 10 узлов.

Представляют интерес глубины под килем ледокола, замеренные эхолотами при прохождении мелководных участков Енисея. Так, были зафиксированы минимальные значения глубины под килем, равные 0,8 м на Шайтанском баре и в районе острова Большой. На Турушинском перекате эхолоты «Сибири» зафиксировали минимальную глубину под килем 0,9 м.

Очевидно, что только предстоящие государственные ледовые испытания и дальнейший опыт эксплуатации новых универсальных атомных ледоколов по проекту 22220 позволят окончательно установить возможность их безопасной и эффективной работы в мелководных условиях Обской губы и Енисея.

Ни фута под килем

Вместе с тем, в порядке продолжения «научной» дискуссии, развернутой на страницах журнала «Морской флот», представляется полезным уточнить выводы по поводу подтверждения универсальности обсуждаемых ледоколов, сделанные авторитетными специалистами «ЦКБ» Айсберг», КГНЦ и ЦНИИМФа, располагая уже сегодня установленными на практике фактическими данными по минимальной рабочей осадке построенных ледоколов и минимальным глубинам на мелководных участках реки Енисей и Обской губы.

Ниже приводятся расчеты ожидаемого запаса глубины под килем ГУАЛ «Арктика» по приведенным в статьях оппонентов методикам применительно к фактической минимальной рабочей осадке ледокола, равной 9,45 м при глубине под килем на Шайтанском баре, равной 0,8 м.

1. Расчет по методике КГНЦ

1.1 Суммарная просадка кормы ледокола при движении (прокладке канала) во льду толщиной 1,85 м:

0,76 м + 0,17 м = 0,93 м,

где 0,76 м – просадка кормы вследствие дифферента,

0,17 м – просадка вследствие «присоса» кормы на мелководье.

Предусмотренное методикой КГНЦ мифическое влияние всплывающих обломков льда на уменьшение осадки ледокола не может быть принято всерьез. Даже можно предположить, что битый лед, скапливающийся в основном под носовой частью ледокола, будет способствовать дополнительному дифференту ледокола на корму.

Таким образом, следует ожидать, что при глубине воды под килем, равной 0,8 м, величина запаса под килем составит: 0,80 м – 0,93 м = -0,13 м. Это означает, что ледокол в этих условиях должен будет ударяться кормой о дно водоема.

1.2 Суммарная просадка кормы ледокола при движении (прокладке канала) во льду толщиной 2,00 м:

0,82 м + 0,19 м = 1,01 м,

где 0,82 м – просадка кормы вследствие дифферента,

0,19 м – просадка вследствие «присоса» кормы на мелководье.

Значит, при глубине воды под килем, равной 0,80 м, величина запаса под килем ледокола при прокладке канале в сплошном двухметровом льду составит: 0,80 – 1,01 = -0,21 м. Касание днищем грунта неизбежно.

Следовательно, выполненные по методике Крыловского центра расчеты приводят к выводу о невозможности безопасной работы ГУАЛ «Арктика» с минимальной рабочей осадкой, равной 9,45 м, в условиях мелководья в однолетних толстых льдах.

2. Расчет по методике ЦНИИМФ

Суммарная просадка кормы ледокола при движении в предельном льду толщиной 1,65 м со скоростью 2 узла:

0,50 м + 0,35 м = 0,85 м,

где 0,50 м – просадка кормы вследствие дифферента,

0,35 м – просадка вследствие «присоса» на мелководье согласно Пояснительной записке по проекту 22220.

Таким образом, с учетом «присоса» кормы на глубине под килем, равной 0,80 м, величина запаса под килем составит: 0,80 – 0,85 = -0,05 м. Значит, и при расчете по методу ЦНИИМФа ледокол в толстых льдах будет стучать кормой по дну.

Согласно Своду правил СП 444.1326000.2019 «Нормы проектирования морских каналов, фарватеров и зон маневрирования» минимальный навигационный запас глубины под килем судна должен быть в зависимости от вида грунта не менее:

– 0,3 м для илистых и рыхлых грунтов;

– 0,4 м для плотных песчаных и глинисто-галечных грунтов;

– 0,5 м для скальных и крупноблочных грунтов.

Как можно видеть, приведенные результаты расчетов вовсе не подтверждают сделанный авторами заключений КГНЦ и ЦНИИМФ вывод о возможности надежной, безопасной работы новых универсальных атомных ледоколов «Арктика» и «Сибирь» на предусмотренном проектом мелководье с увеличенной в процессе постройки на 0,75 м минимальной рабочей осадкой.

Когда размер имеет значение

Наряду с обсуждаемыми недостатками строящихся атомоходов нового поколения первые наблюдения за их работой в припайных льдах подтвердили обоснованные в ТЭО оптимальный выбор энерговооруженности (за счет относительного увеличения массы ледокола) и обводов носовой оконечности (за счет уменьшения до 20° наклона форштевня по сравнению с 27° у предыдущей «Арктики» по проекту 10520). Как уже отмечали судоводители, новые тяжелые ледоколы хорошо продавливают (утюжат) толстый лед при выползании, практически не дифферентуясь. Этот полученный на практике результат позволяет сделать вывод о том, что при движении в однолетних толстых льдах ГУАЛ «Арктика» заметно меньше дифферентуется на корму по сравнению с тезкой по проекту 10520. Соответственно он имеет меньшую просадку кормой. Количественно это предстоит уточнить на предстоящих ледовых испытаниях ГУАЛ «Арктика».

Возможно, что представленные ранее расчетные оценки, основанные на опыте эксплуатации более легких мелкосидящих ледоколов, окажутся менее оптимистичными по сравнению с ожидаемыми результатами. Вместе с тем очевидно, что уровень безопасности, надежности и эффективности работы на мелководье ледокола с минимальной осадкой 9,45 м будет, безусловно, ниже предусмотренного проектом 22220 для ледокола с минимальной рабочей осадкой 8,7 м. Кроме того, следует обратить внимание на то, что на торосистых участках и сморозях в Обской губе ГУАЛ «Арктика» приходилось прибегать к работе ударами, и это были не единичные случаи. Согласно статистике реверсирование является главной причиной поломки лопастей винтов, причем наибольшее число повреждений винтов приходится на мелкосидящие ледоколы, эксплуатирующиеся в ледовых условиях с ограниченными глубинами.

Также возникает проблема износа дейдвудов и гребных валов в условиях взмученной илисто-песчаной смеси в воде. Увеличенная в процессе постройки осадка ГУАЛ «Арктика» приведет к уменьшению запаса воды под килем вплоть до 0,7–0,8 м. Вероятны случаи расклинивания обломков льда между грунтом и днищем ледокола с повреждением последнего. (Наглядным свидетельством этого являются результаты работы в Обской губе челночных танкеров серии «Штурман Альбанов». Танкеры испытывают максимальную нагрузку на днище корпуса при прохождении мелководных участков. Требуется соблюдение пониженного скоростного режима и уменьшение загрузки танкеров в зимнее время. Необходимо регулярно прокладывать новые припайные каналы). Неизбежно растет сопротивление и уменьшается ледопроходимость. В таких стесненных условиях мощные атомные ледоколы, требующие больших объемов охлаждающей воды, еще не работали. Поэтому вопрос о гарантии надежной бесперебойной работы ледовых ящиков остается открытым. Очевидно, ответ на эти проблемные вопросы может быть получен после накопления опыта эксплуатации новых универсальных атомных ледоколов в условиях мелководья с превышенной на 0,75 м осадкой по сравнению с проектной. Однако уже сегодня понятно, что УАЛ строятся с серьезными отступлениями от Технического задания, ухудшающими их планируемые надежность и эффективность работы в эксплуатации.

Морской флот №4 (2022)

ПАО СКФ
Подписка 2023
SmartPort
НПО Аконит
РОСКОНТРАКТ
6MX
Вакансии в издательстве
Журнал Транспортное дело России
Морвести в ТГ

13.01.2023

Судостроение

06.12.2022

Судостроение

13.09.2022

Судостроение