Нормирование остойчивости судов, перевозящих СПГ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

5. Зуев Е.В., Банах В.А., Покасов В.В. Оптика турбулентной атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 270 с.

6. Аксенов В.П., Банах В.А., Валуев В.В., Зуев Е.В. и др. Мощные лазерные пучки в случайно-неоднородной атмосфере. - Новосибирск: СО РАН, 1998. - 341 с.

НОРМИРОВАНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДОВ, ПЕРЕВОЗЯЩИХ СПГ

© Никонов Н.С.*

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, г. Санкт-Петербург

В статье представлен исторический обзор разработки и развития требований к остойчивости грузовых судов. Рассмотрены требования Российского морского регистра пароходства и Международного кодекса остойчивости судов в неповрежденном состоянии, разработанного организацией ИМО. Проанализированы требования, предъявляемые к судам, перевозящим сжиженный природный газ (СПГ) наливом.

Ключевые слова контроль остойчивости; остойчивость; танкер; СПГ газовоз; требования к остойчивости.

Введение

Безопасность эксплуатации судна во многом зависит от характеристик его остойчивости. Остойчивость - мореходное качество судна, благодаря которому оно не переворачивается при воздействии на него внешних факторов, таких как ветер, волнение и др. и внутренних процессов: смещение груза, влияние свободной поверхности жидкостей в танках. Аварии из-за потери остойчивости происходят по сей день и имеют особо опасный характер, так как в наихудшем случае опрокидывание судна может занимать всего несколько секунд. Важен строгий постоянный контроль характеристик остойчивости судна в процессе его эксплуатации, так как именно недостаточная остойчивость чаще всего приводит к авариям, связанным с человеческими жертвами. Эту проблему невозможно решить только рациональным проектированием судов, так как во многом безопасность судна, находящегося в сложных погодных условиях или в процессе погрузочно-разгрузочных операций зависит от действий судоводителя и грузового помощника капитана. Важно иметь постоянный контроль остойчивости судна во время управления, маневрирования и всего процесса погрузки или выгрузки.

* Аспирант кафедры Маневрирования и управления судном.

Влияние свободной поверхности жидких грузов, негативно сказывается на показателях остойчивости. Для того, чтобы свести к минимуму негативное влияние свободной поверхности танки принято запрессовывать. Однако, пожароопасная природа груза требует держать во внимании возможность возникновения пожара или другой аварийной ситуации на терминале. В этом случае необходим аварийный отход судна от причала. Грузовые танки в этом случае могут быть заполнены в любой степени и влияние свободной поверхности жидкости может оказаться значительным. Сжиженный природный газ примерно в два раза легче воды. Танкеры-газовозы, перевозящие СПГ имеют высокий центр тяжести. В 1996 году приблизительная численность судов-метановозов составляла 105 судов, в 2005 году - 182, а в настоящие дни - более 400.

Стремление к обеспечению безопасности мореплавания морских судов привело человечество к необходимости создания нормативных документов, регламентирующих правила постройки и эксплуатации судов.

1. История нормирования остойчивости морских судов

В начале ХХ века проблему определения допустимых параметров остойчивости морских судов предлагалось решить, анализируя статистические данные об остойчивости успешно эксплуатируемых судов и судов, потерпевших аварию из-за недостаточной остойчивости. Разрабатывались минимальные диаграммы статической и динамической остойчивости, в которых показывались минимальные для безопасной эксплуатации судна значения плеч остойчивости. Не производился расчет и анализ кренящих моментов, действовавших на судно во время аварии. Такой метод приводил к критериям остойчивости, оптимальным для практического использования. Однако имел серьезный недостаток - внешние причины, обуславливающие опасную для судна ситуацию оставались вне поля зрения: ветер, волнение и другие факторы, вызывающие крен судна не рассматривались и не анализировались по-отдельности, а принимался в расчет только конечный результат -опрокинулось или нет судно в результате действия всех факторов в совокупности. Вплоть до конца ХХ века разные страны имели разный подход к разработке и совершенствованию требований к остойчивости. В Советском Союзе первые официальные «Нормы остойчивости» были введены в 1935 году. Это были требования к остойчивости рыбопромысловых судов, по которым проектировались суда для работы в Северном Бассейне. Начиная с 50-х годов ХХ века разрабатывались методики расчета остойчивости, которые помогли бы контролировать мореходные качества судна в процессе его погрузки, выгрузки и эксплуатации. В нашей стране вопросом нормирования остойчивости морских судов по заказу Регистра СССР занимался проф. С.Н. Благовещенский. Он предложил идейные основы научного подхода, который далее развивался различными судостроительными организациями и учреждениями морского транспорта под руководством Регистра.

Нормы остойчивости развивались по пути их усложнения. Один из первых критериев - это начальная поперечная метацентрическая высота. До конца ХХ века требования говорили, что она должна быть положительной (Правила 1995 года). В Правилах 2003 года она должна составлять уже не менее 0.15 м. Однако данный критерий оказался недостаточным: суда с небольшим надводным бортом даже в случае положительной начальной поперечной метацентрической высоты, имея положительную начальную остойчивость могут перевернуться из-за ухода борта под воду. Тогда были установлены требования к диаграмме остойчивости - углам заката диаграммы и максимума и ее максимальному плечу. Но и требования к диаграмме статической остойчивости не учитывают различные динамические эксплуатационный воздействия, которые могут иметь самые разные значения. Возникла необходимость разработки требований к динамической остойчивости судна при совместном воздействии ветра и волн.

Был разработан один из основных критериев остойчивости - критерий погоды.

Под критерием погоды рассматривается отношение кренящего момента, предельно выдерживаемого судном к расчетному кренящему моменту, вызываемому давлением ветра. По предложению С.Н. Благовещенского в нормах остойчивости, применимых к морским судам Регистра СССР, критерий погоды был построен для ситуации, если судно движется лагом к волнению, испытывает резонансную бортовую качку, и, когда крен на наветренный борт наибольший, на судно налетает шквал, скорость которого моментально возрастает от нуля до максимальной соответственно шкале Бофорта.

Критерий погоды можно представить как показатель запаса динамической остойчивости, который имеет судно в районе рейса. Критерий погоды рассчитывается с целью проверить, обеспечивает ли загрузка судна запас остойчивости для противодействия ветру и волнению. В последние годы появились дополнительные требования к динамической остойчивости.

В основе отечественного подхода к нормированию остойчивости для расчета была принята следующая ситуация: до начала погрузки выполнить контрольный расчет остойчивости судна в предстоящем рейсе для двух различных состояний загрузки - на начало рейса а полными запасами (100 % запасов) и на момент окончания рейса с таким же количеством груза и количеством запасов, составляющим 10 % от начального.

Международная Морская Организация (ИМО) осуществляет деятельность по разработке единых международных требований к остойчивости морских судов.

В 1993 году были приняты временные нормы в виде «Кодекса остойчивости неповрежденный судов всех типов, на которые распространяется действие документов ИМО». Нормы носили альтернативный характер и могли

рассматриваться судоходной компанией наряду с нормами Российского Регистра судоходства. Начиная с 1995 года в Правилах Регистра появилось приложение к Разделу 2 «Альтернативные требования к остойчивости морских судов». Подход к требованиям, принятый организацией ИМО существенно отличался от подхода, принятого Морским Регистром РФ. Требования различались по многим пунктам. Был иной подход к методике определения Критерия погоды. В требованиях Регистра в 2003 году пересмотрен подход к определению критерия погоды. Возникла проблема создания общих международных требований к остойчивости. ИМО выступает в качестве координатора исследовательской работы, называемой «гармонизация требований к остойчивости». В 2008 году организацией был принят «Международный кодекс остойчивости судов в неповрежденном состоянии 2008 года (Кодекс ОНС 2008 года)», часть требований которого носит обязательный характер. Настоящие требования Морского Регистра 2015 года гармонизированы с требованиями Кодекса ИМО.

2. Обзор и анализ требований к остойчивости танкеров-газовозов, перевозящих СПГ

Кодекс ОНС 2008 года, представленный организацией ИМО из всех наливных судов предъявляет отдельные требования только к нефтеналивным танкерам. Согласно Кодексу, типовыми вариантами нагрузки для грузового судна являются следующие:

1) судно в полном грузу при отходе, с равномерно распределенным во всех грузовых помещениях грузом, а также с полными запасами и топливом;

2) судно в полном грузу при приходе, с равномерно распределенным во всех грузовых помещениях грузом и с 10 % остающихся запасов и топлива;

3) судно в балласте при отходе, без груза, но с полными запасами и топливом; и

4) судно в балласте при приходе, без груза и с 10 % остающихся запасов и топлива.

Выделим критерии остойчивости:

Таблица 1

Критерии остойчивости согласно Кодексу ОНС 2008

№ Описание Значение

1 Критерий погоды Остойчивость считается достаточной, если при условном воздействии ветра и волн, площадь Ь на ДСО больше или равна площади а К = Ь / а > 1

2 Метацентрическая высота Исправленная начальная метацентрическая высота - не менее 0.15 м ^ > 0,15 м

Окончание табл. 1

№ Описание Значение

3 4 5 6 7 Требования к диаграмме статической остойчивости (ДСО) Восстанавливающее плечо ДСО должно быть минимум 0.2м при угле крена равном или более 30 градусов. Lвосст > 0,20 м при ф> 30°

Максимальное восстанавливающее плечо должно быть при угле крена не менее 25 градусов 1тах при ф >25°

Площадь ДСО от 0 до 30 градусов должна составлять не менее 0,055 метрорадиан 80-30 > 0,055 м-рад

Площадь ДСО от 0 до 40 градусов должна составлять не менее 0,090 метрорадиан 80-40 > 0,090 м-рад

Площадь ДСО от 30 до 40 градусов должна составлять не менее 0,030 метрорадиан 830-40 > 0,030 м-рад

> к

Плечо

\\\\\\ \ / к

у\ ; г ■ • \ - V /-1

Фо 4—» фа Фс Угол крена

Ф< *- -»

Рис. 1. Диаграмма статической остойчивости

Сравним требования Кодекса ОНС 2008, разработанного ИМО с действующими требованиями Морского Регистра Судоходства, (издание 2015 года, утверждено 30.09.14). Требования Регистра полностью гармонизированы с требованиями ИМО. Присутствуют дополнительные требования, предъявляемые к остойчивости наливных судов, в том числе и газовозов, перевозящих СПГ наливом.

Во время погрузочно-разгрузочных операций, если ширина грузовых или балластных танков составляет более 60 % от ширины судна, требуется:

Таблица 2

Требования Морского Регистра к остойчивости в процессе ПРО

1 Начальная исправленная метацентрическая высота ^ > 0,15 м

2 Протяженность ДСО е > 20°

Согласно Правилом, вышеуказанные критерии должны выполняться при произведении погрузочно-разгрузочных операций в море и на рейде.

В требованиях Регистра долгое время присутствовал еще один критерий, отсутствующий в международном Кодексе: угол заката ДСО должен быть не менее 60°. Однако, с целью гармонизации требований Регистра и ИМО, специалистами кафедры Теории корабля СПБГМТУ было проведено исследование, показавшее, что при соблюдении остальных критериев, угол заката ДСО оказывается не менее 60° и данный критерий был убран.

Заключение

В последние годы многими специалистами была проделана большая работа по анализу и корректировке требований к остойчивости морских судов. Международные требования регламентируют безопасные параметры остойчивости и часть А Кодекса является обязательной к исполнению. Много исследований было проведено отечественными научными сотрудниками, пересмотрены различные пункты в требованиях Регистра. Достигнута гармонизация отечественных требований с международными. Однако в разработке требований остается ряд открытых вопросов.

В международном кодексе отсутствуют какие-либо требования к контролю остойчивости наливных судов, кроме нефтеналивных танкеров в процессе погрузочно-разгрузочных операций. В требованиях не учитывается влияние дифферента на площадь парусности судна. За последние 20 лет численность газовозов, перевозящих СПГ увеличилась приблизительно в 4 раза. Пожароопасная природа сжиженного природного газа требует постоянной готовности к аварийному отходу судна от причала. В этот момент процесс погрузки или выгрузки может быть незавершенным и грузовой танк может быть заполнен на 30 %, 50 %, или 70 %. Погрузка или выгрузка газовоза СПГ сопровождается приемом или отдачей балласта. Возникает свободная поверхность в грузовом танке и балластных танках. Наихудшее сочетание аппликаты центра тяжести судна и поправки на влияние свободных поверхностей может негативно повлиять на характеристики остойчивости. В случае аварийного отхода судна от причала или повреждения швартовых тросов при неблагоприятных погодных условиях значения параметров остойчивости могут оказаться критическими. В вышеописанной ситуации избыточная остойчивость судна может также оказаться опасной: при сильной качке возрастает риск слошинга. На параметры остойчивости также может повлиять разная плотность сжиженного природного газа, принимаемого на разных терминалах.

Список литературы:

1. Антоненко С.В., Восковщук Н.И. Динамика корабля в штормовом море и нормы остойчивости // Мореходство и морские науки - 2011. Избранные доклады Третьей сахалинской региональной морской научно-технической конференции.

2. Борисов Р.В., Кутейников М.А., Лузянин А.А. Научно -техниче -ский сборник Российского морского регистра судоходства. - 2011. -№ 34. - С. 36-41.

3. Донцов С.В. Методика проверки норм остойчивости морского судна. -2015.

4. Коваленко Б.П. Основы остойчивости судна. - 2003.

5. Российский морской регистр судоходства. «Правила классификации и постройки морских судов». - 2015.

6. CODE on Intact Stability for all types of ships. - 2008.

ПЕРСПЕКТИВЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРАНО-МАНИПУЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК И КОНВЕЙЕРОВ С ПОДВЕСНОЙ ЛЕНТОЙ В КОНСТРУКЦИЯХ МОБИЛЬНЫХ МАШИН

© Толкачев Е.Н.*

Брянский государственный университет им. акад. И.Г. Петровского,

г. Брянск

Рассмотрены возможности создания конструкций мобильных транс-портно-технологических машин, совмещающих крановый и конвейерный принципы перемещения грузов.

Ключевые слова машина мобильная, конвейер с подвесной лентой, установка крано-манипуляторная, гидропривод, динамика, модуль движения мехатронный.

Современные мобильные транспортно-технологические машины характеризуются широкой сферой применения, охватывающей задачи механизации практически всех видов человеческой деятельности, а также весьма разнообразной номенклатурой выполняемых ими погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских операций. В конструкциях мобильных машин, предназначенных для выполнения погрузочно-разгрузочных и складских работ, связанных с последовательной обработкой единичных грузов, наибольшее распространение находят гидрофицированные крано-манипулятор-

* Специалист отдела Инновационного развития.