Особенности проектирования ледокольных судов обеспечения проекта IBSV01 с ледокольным классом Icebreaker8

Егоров Геннадий Вячеславович; Соловьев Александр Сергеевич; Автутов Николай Владимирович

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-142-148 УДК 629.561.5

Г.В. Егоров, А.С. Соловьев, Н.В. Автутов

Морское Инженерное Бюро - СПб, Санкт-Петербург, Россия

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕДОКОЛЬНЫХ СУДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЕКТА IBSV01 С ЛЕДОКОЛЬНЫМ КЛАССОМ ICEBREAKER8

Объект и цель научной работы. Объект - многофункциональное ледокольное судно обеспечения. Цель - описание методики, позволяющей проектировать оптимальные ледокольные суда обеспечения, включая конструкцию корпуса. Материалы и методы. При выполнении работы использовались база данных Морского Инженерного Бюро и правила классификационных обществ. Применялись методы теории и проектирования корабля.

Основные результаты. Выполнено обоснование основных характеристик исследуемого типа ледоколов. Описан созданный с использованием методик Морского Инженерного Бюро концепт.

Заключение. Создан концепт дизель-электрического ледокольного судна обеспечения проекта IBSV01 мощностью 22 МВт с ледокольным классом Icebreaker8, позволяющего эффективно работать на Северном морском пути в районе Обской губы. Приведенные результаты испытаний, которые в полной мере удовлетворяют требованиям Заказчика как по ходовым, так и по функциональным качествам, показывают высокую маневренность и ледопроходимость разработанного концепта. Ключевые слова: Северный морской путь, ледокол, судно обеспечения, проектирование, обводы, строительство, концепция, испытания, безопасность, инновация.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-142-148 UDC 629.561.5

G. Egorov, A. Solovyov, N. Avtutov

Marine Engineering Bureau - St. Petersburg, St. Petersburg, Russia

DESIGN PECULIARITIES OF ICEBREAKER8 IBSV01 SUPPORT SHIPS

Object and purpose of research. This paper investigates a multifunctional ice-breaking supply vessel to describe an optimal design technique for this type of ships, including hull structures.

Materials and methods. This study relied on Marine Engineering Bureau (MEB) database and the rules of classification societies. The research was performed as per the methods of ship theory and design.

Main results. The paper justifies main parameters for this type of icebreakers and describes the concept developed as per MEB procedures.

Conclusion. The result of this work is a concept of 22 MW diesel-electric icebreaking supply vessel (IBSV01, ice class Icebreaker8) that can efficiently operate along the Northern Sea Route and in the Gulf of Ob. Test results given in this study meet all the Customer's requirements in terms of both speed and performance parameters, confirming high maneuverability and ice-breaking capability of this concept.

Keywords: Northern Sea Route, icebreaker, supply vessel, design, shapes, construction, concept, testing, safety, innovation. The authors state that there are no possible conflicts of interest.

Для цитирования: Егоров Г.В., Соловьев А.С., Автутов Н.В. Особенности проектирования ледокольных судов обеспечения проекта IBSV01 с ледокольным классом Icebreaker8. Труды Крыловского государственного научного центра, 2020; Специальный выпуск 1: 142-148.

For citations: Egorov G., Solovyov A., Avtutov N. Design peculiarities of Icebreaker8 IBSV01 support ships. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; Special Edition 1: 142-148 (in Russian).

В 2018 г. Выборгский судостроительный завод сдал в эксплуатацию два самых мощных в мире (из построенных) дизельных ледокола мощностью 22 МВт, которые могут работать в сплошном льду толщиной 2 м с 30-сантиметровым снежным покровом. Головное судно проекта IBSV01 «Александр Санников» (рис. 1) было заложено в ноябре 2015 г. и сдано в июне 2018 г., а второе - «Андрей Вилькицкий» - в декабре 2018 г. Концептуальный проект судна Aker ARC 130A был выполнен Aker Arctic Technology, технический проект IBSV01 разработан Морским Инженерным Бюро.

На Новопортовском нефтегазоконденсатном месторождении предполагается добывать до 8,5 млн т в год низкосернистой нефти сорта Novy Port, превосходящей по чистоте Urals и Brent [3]. Вывоз этого сырья предполагался морским путем из Арктического терминала «Ворота Арктики», расположенного в акватории Обской губы в районе Мыса Каменный на полуострове Ямал. От кромки льдов в Баренцевом или Карском морях до входа в Обскую губу грузовые суда идут под проводкой линейных атомных ледоколов, далее, до порта Сабетта, их ведут атомные ледоколы с малой осадкой типа «Таймыр», которые также обновляют каналы в тяжелых льдах на акватории портов [2]. На следующем этапе движения грузовых судов для круглогодичного обеспечения безопасного подхода танкеров типа «Штурман Альбанов» к арктическому терминалу, швартовных операций, буксировки, защиты «Ворот Арктики» от ударных воздействий льда требуются специальные дизельные ледоколы -

суда обеспечения с малой осадкой. Целью статьи является обоснование принятых при проектировании и постройке технических решений одного из самых мощных в мире дизель-электрических ледоколов проекта IBSV01, которые обеспечивают работу танкеров на терминале в Обской губе.

Как отмечается в [1, 4, 5, 6], реализуемые в мире проекты судов специального назначения, оффшорных судов, а также ледоколов свидетельствуют о тенденции в мировом судостроении к максимальному насыщению таких судов дополнительными функциями. Кроме того, наиболее перспективным направлением развития форм корпуса судов ледового плавания является дальнейшее совершенствование традиционных ледовых обводов. Они позволяют обеспечить гармоничное сочетание хороших ледовых качеств судна при эксплуатации как в сплошных, так и в природных битых льдах. Правильное определение основной и вспомогательных миссий многофункционального судна, выбор соответствующих прототипов, использование надежных статистических данных и приближенных зависимостей позволяют найти сочетание оптимальных характеристик формы корпуса и главных размерений на начальных стадиях проектирования.

Определенные таким образом характеристики судна обеспечивают высокую ледопроходимость, хорошую ходкость в условиях чистой воды и удовлетворительную мореходность, что в целом предопределило успех выполнения миссии многофункционального судна ледового плавания.

WW

Рис. 1. Судно проекта IBSV01 «Александр Санников» [10] Fig. 1. IBSV01 vessel «Alexander Sannikov» [10]

1Ё ФГУП «Крыловский государственный научный центр» 143

Рассматриваемый концепт предназначался для круглогодичной эксплуатации в районе мыса Каменный Обской губы. Соответственно, выбор дизель-электрической силовой установки осуществлялся из условия достаточности пропульсивной мощности для независимого прохода во льдах в ледовых условиях, превалирующих в районе эксплуатации. Поэтому концепт должен был работать в сплошном льду толщиной около 2,0 м и с 30-сантиметровым снежным покровом со скоростью 2 уз при движении вперед как носом, так и кормой. Как судно обеспечения, которое будет работать с достаточно большими по своим габаритам танкерами в достаточно узком канале, концепт IBSV01 должен был иметь возможность хорошо маневрировать при работе в ледяной каше и сплошном льду, поэтому было выбрано оригинальное расположение полноповоротных винто-рулевых колонок (ВРК) - две в корме и одна в носу.

Таким образом, требовалось обосновать такие обводы, пропульсивную мощность и положение ВРК, которые бы обеспечили:

■ отсутствие ограничения для работы в сплошном льду и сплоченном паковом льду толщиной до 2,0 м;

■ возможность движения малым ходом преимущественно носом вперед в сплошном льду и сплоченном паковом льду толщиной более 2,0 м;

■ возможность преодоления торосов и толстого битого льда непрерывным ходом с использованием эффекта размывания винтами ВРК;

■ работу набегами с использованием массы и импульса концепта, только носом вперед со средней скоростью менее 5 уз (но не кормой вперед). При этом судно должно было развивать скорость около 16 уз на глубокой воде при 85 % МДМ, ветре и волнении до 3 баллов по шкале Бофорта. Упор на швартовах передним ходом (тяговое усилие на гак) должен был составлять приблизительно 200 т при 100 % МДМ.

Форма корпуса судна проекта IBSV01, отвечающая указанным выше требованиям, создавалась на основе модельных испытаний в опытовых бассейнах (глубоководном и ледовом), проведенных Aker Arctic Technology [7], и в Крыловском государственном научном центре [8]. Общий вид модели корпуса представлен на рис. 2, 3.

Во время модельных испытаний было установлено, что принятые обводы и пропульсия концепта IBSV01 отвечают всем эксплуатационным требованиям. По результатам испытаний была определена необходимая мощность пропульсии в 21,5 МВт. При этом расположение ВРК - две в корме, одна в носу -и носовое подруливающее устройство (ПУ) «винт в трубе» позволили обеспечить требования Регистра по классу DYNPOS-2 для системы динамического позиционирования (ДП).

Система ДП обеспечила компенсацию смещений от заданного курса или в заданной точке позиционирования при следующих погодных условиях:

Рис. 3. Модель судна проекта IBSV01, разработанная в Крыловском государственном научном центре [8] Fig. 3. IBSV01 ship model developed in Krylov State Research Centre [8]

зимой при сплоченности льда до 50 %, летом при скорости ветра до 25 м/с, скорости течения до 1,2 м/с и высоте волн до 3 м, что позволяет оставаться судну устойчивым на точке во время выполнения водолазных работ, а также при работе рядом с буровыми платформами.

В качестве основных средств движения и управления в концепте проекта IBSV01 были выбраны две кормовые полноповоротные ВРК фирмы Azipod (по 7500 кВт) и одна носовая Azipod (6500 кВт). Каждая пропульсивная установка имеет один че-тырехлопастной винт с фиксированным шагом со съемными лопастями (на болтовых креплениях). Судно оснащено ПУ типа «винт в трубе» в носовой оконечности мощностью 1800 кВт с диаметром гребного винта около 2700 мм. ПУ имеет винт фиксированного шага и оснащено частотно-регулируемой системой привода, рассчитано для непрерывной работы по ДП и эксплуатации в водах со льдами.

Как судно обеспечения проект IBSV01 получил компоновку с открытой кормовой палубой (площадь - 500 м2, допускаемая нагрузка - 5 т/м2) для размещения палубного груза и операций по буксировке. В носовой части грузовой палубы была установлена под навесом буксирная лебедка. Жилые помещения, рубка и отделение главных дизель-генераторов размещены в средней части. Носовая часть судна обеспечивает прохождение судна во всех ледовых условиях в пределах установленных характеристик и ледовых подкреплений корпуса судна. Корма судна приспособлена для широкого диапазона ледокольных и эскортных операций в заданном районе эксплуатации и для расчетных ледовых условий. Схема общего расположения судна проекта IBSV01 представлена на рис. 4.

Концепту IBSV01 присвоен класс Российского Морского Регистра Судоходства для KM ® Icebreaker 8 1 AUT1-ICS FF1WS DYNPOS-2 EPP ANTI-ICE ECO SDS<12 Winterization(-50) Tug, который полностью отражает многофункциональность судна. Главные размерения судна проекта IBSV01 представлены в таблице. Судно проекта IBSV01 имеет неограниченный район плавания, включая плавание по трассам Северного морского пути, и спроектировано с учетом принципа нулевого сброса или утечки нефти при эксплуатации. Все твердые и жидкие отходы находятся на борту и утилизируются на берегу.

Максимальная скорость, достигнутая на испытаниях т/х «Андрей Вилькицкий», составляет 16,8 уз при ходе носом вперед и 15,0 уз кормой вперед [9].

Экономический ход - 12,0 уз. Фактический упор на швартовах передним ходом составил 210 т.

Корпус и ВРК судна проекта IBSV01 спроектированы на ледовую категорию Icebreaker 8, при этом предусмотрена возможность эксплуатации судна при температурах до минус 50 °С. В основном корпус выполнен из судостроительной стали высокой прочности с пределом текучести 355 МПа. Для наружной обшивки в районе ледового пояса и продольных ребер жесткости днища использована сталь с пределом текучести 500 МПа (рис. 5). На судне установлено восемь главных водонепроницаемых поперечных переборок, разделяющих корпус на девять непроницаемых отсеков.

Общее количество мест на судне рассчитано на 35 человек. Предусмотрены индивидуальные и коллективные спасательные средства.

Для улучшения параметров обитаемости на судне предусмотрена система успокоения бортовой качки. Одна U-образная цистерна снижения качки установлена в средней части судна. Стальные конструкции внутри цистерн спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму турбулентность внутри цистерны. Величина расхода воды может регулироваться путем изменения расхода воздуха между частями цистерны. Для экстренной эвакуации пострадавших, а также для доставки на борт судна дополнительного персонала (бригада медиков, аварийная партия и т.п.) судно оснащено посадочной вертолетной платформой, расположенной впереди надстройки судна для вертолета типа Ми-8 (с максимальным весом 14 т и диаметром винта 25,35 м). Полезная тяга и тяга на гаке ледокола на швартовном режиме составила 2183 кН. Тяга на гаке ледокола на скорости буксировки 5-6 уз равняется 1780-1680 кН.

Предусмотрена возможность спуска и подъема краном ковшового нефтесборщика (скиммера) и грейфера. Грузовой кран способен работать на полной грузоподъемности в условиях открытого моря при силе ветра не более 6 баллов (средняя скорость ветра - 11 м/с, скорость ветра в порывах -25 м/с), на волнении силой до 5 баллов (высота волны 3 %-ной обеспеченности - 3,5 м). Остойчивость судна при работе краном удовлетворяет требованиям Правил Регистра, предъявляемых к крановым судам.

Одной из основных функций судов проекта IBSV01 является ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Поэтому судно оснащено подъемным оборудованием для выполнения работ с оборудованием по сбору разливов нефти (OSR)

Рис. 4. Общее расположение ледокола мощностью 22 МВт проекта IBSV01 Fig. 4. General arrangement of IBSV01 22 MW icebreaker

при реагировании на разливы нефти с температурой вспышки свыше 60 °С. Судно имеет возможность работать с нефтяными бонами вместе с другими судами, а также с помощью палубного крана спускать на воду катера-нефтесборщики.

Ходовые испытания, натурные испытания во льду и эксплуатация судов типа Ш8Ж)1 показали, что суда полностью удовлетворяют требованиям Заказчика по ходовым и функциональным качествам, демонстрируют высокую маневренность при работе в ледовых условиях.

Рис. 5. Схема растяжки наружной обшивки концепта IBSV01 с указанием зон со сталью с пределом текучести 500 МПа

Fig. 5. Shell expansion layout of IBSV01 with indication of the areas made of steel with 500 MPa yield stress

Главные размерения судна проекта IBSV01 Main dimensions of IBSV01 vessel

Параметр Значение

Длина наибольшая, м 121,7

Длина наибольшая без буксирной выемки, м 116,5

Длина по конструктивной ватерлинии (КВЛ), м 107,90

Ширина по КВЛ на миделе, м 25,0

Ширина по главной палубе, включая отбойные конструкции, м 26,0

Высота борта, м 11,5

Осадка по КВЛ, м 8,0

Осадка максимальная, м 8,2

Водоизмещение при осадке по КВЛ, т 13 397

Водоизмещение при максимальной осадке, т 12 590

Дедвейт при осадке по КВЛ, т 3774

Дедвейт при максимальной осадке, т 4581

1И ФГУП «Крыловский государственный научный центр» 147

Библиографический список

1. Егоров Г.В., Штрамбранд В.И. Многофункциональные ледоколы и ледоколы-спасатели нового поколения // Вестник ОНМУ 2012. Вып. 34(1). С. 130-150.

2. Оценка влияния подходного канала к порту Сабетта на изменение гидрологических условий Обской губы с помощью численного моделирования /Дианский Н.А. [и др.] // Арктика: экология и экономика. 2015. № 3(19). С. 18-29.

3. Практические рекомендации капитанов СКФ по управлению судами в ледовых условиях. М.: Паульсен, 2019. 296 с.

4. Спирин А.М., Чачин ДА, Смирнов АА. Круглогодичная навигация на порт Сабетта // Арктика: экология и экономика 2015. № 3 (19). С. 88-95.

5. Egorov G.V. Investigation of "line-up" of multipurpose salvage vessels for work in Russian adjacent seas // Proc. of Thirteenth Intern. Conf. on marine sciences and technologies (Black Sea' 2016). Varna (Bulgaria), 2016. P. 116-126.

6. EgorovG.V., Nilva A.E.,DavydovI.F. Principles of Creation of New Generation of Russian Multipurpose Rescue Vessels for Ice Conditions // Proc. of the 11th International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures (PRADS 2010). Rio de Janeiro, Brazil, 2010. Vol. 1. P. 569578.

7. Aker Arctic 27384-101-421 Rev A. Model test report - open water for icebreaking support vessel Aker ARC 130A. Aker Arctic, 2015. 245 p.

8. Aker Arctic 27384-101-430 Rev A. Ice model tests of icebreaking support vessel Aker ARC 130A (with Appendixes). Aker Arctic, 2015. 45 p.

9. IBSV01-109-016. Журнал маневренных элементов. СПб.: Морское инженерное бюро - СПб, 2018. 52 c.

10. Водный транспорт [Электрон. ресурс]. URL: https:// fleetphoto.ru/ (дата обращения: 09.01.2020).

References

1. G. Egorov, V. Shtrambrand New generation of multifunctional and rescue icebreakers // Vestnik ONMU. 2012. Vol. 34(1). P. 130-150 (in Russian).

2. N. Diansky [et al.] Effect of Sabetta approach channel upon the hydrology of the Gulf of Ob: numerical simulation // Arctic: Ecology and Economy. 2015. No. 3(19). P. 18-29 (in Russian).

3. Practical recommendations of SCF shipmasters about ice navigation. Moscow: Paulsen, 2019. 296 pp. (in Russian).

4. A. Spirin, D. Chachin, A. Smirnov Year-round navigation to/ from Sabetta port // Arctic: Ecology and Economy, 2015. No. 3(19). P. 88-95 (in Russian).

5. Egorov G.V. Investigation of "line-up" of multipurpose salvage vessels for work in Russian adjacent seas // Proc. of Thirteenth Intern. Conf. on marine sciences and technologies (Black Sea' 2016). Varna (Bulgaria), 2016. P. 116-126.

6. Egorov G.V., Nilva A.E., Davydov I.F. Principles of Creation of New Generation of Russian Multipurpose Rescue Vessels for Ice Conditions // Proc. of the 11th International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures (PRADS 2010). Rio de Janeiro, Brazil, 2010. Vol. 1. P. 569578.

7. Aker Arctic 27384-101-421 Rev A. Model test report - open water for icebreaking support vessel Aker ARC 130A. Aker Arctic, 2015. 245 p.

8. Aker Arctic 27384-101-430 Rev A. Ice model tests of icebreaking support vessel Aker ARC 130A (with Appendixes). Aker Arctic, 2015. 45 p.

9. IBSV01-109-016. Journal of maneuvering elements. St. Petersburg: Marine engineering Bureau- St. Petersburg, 2018. pp. 52 (in Russian).

10. Water transport [Elect. resource]. URL: https://fleetphoto.ru/ (accessed: 09.01.2020) (in Russian).

Сведения об авторах

Егоров Геннадий Вячеславович, д.т.н., профессор, генеральный директор Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Россия, Санкт-Петербург, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: [email protected]. Соловьев Александр Сергеевич, генеральный директор Выборгского судостроительного завода. Адрес: 188800, Россия, Ленинградская обл., Выборг, Приморское шоссе, 2-б. Тел.: +7 (813)782-64-32. E-mail: [email protected]. Автутов Николай Владимирович, директор по перспективному развитию, главный конструктор Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Россия, Санкт-Петербург, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.:+7 (812) 233-64-03. E-mail: [email protected].

About the authors

Egorov, Gennady V., Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director General, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira st., St. Petersburg, Russia, post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: [email protected]. Solovyov, Alexander S., Director General, Vyborg Shipyard. Address: 2-b Primorskoe shosse, Vyborg, Leningrad region, Russia, post code 188800. Tel.: +7 (813) 782-64-32. E-mail: [email protected].

Avtutov, Nikolay V.', Director for long-term development, Chief Designer, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira st., St. Petersburg, Russia post code, 197101. Tel.:+7 (812) 233-64-03. E-mail: [email protected].

Design peculiarities of ICEBREAKER8 IBSV01 support ships

Текст научной работы на тему «Особенности проектирования ледокольных судов обеспечения проекта IBSV01 с ледокольным классом Icebreaker8»