Ледокол грядущего ЛК-60Я. Очертания «путеводной звезды» Арктики становятся четче

 Источник фото: polarpost.ru

По состоянию на ноябрь ЦКБ «Айсберг» (Санкт-Петербург) дорабатывает проект двухосадочного атомного ледокола проекта 22220 мощностью 60 МВт, более известного, как ЛК-60Я. Как рассказал ИАА «ПортНьюс» заместитель генерального директора по эксплуатации флота ФГУП «Атомфлот» (в ведении предприятия находятся все атомные ледоколы России) Андрей Смирнов, ледокол придет на смену устаревшим по ряду параметров ледоколам типа «Арктика», которые к тому же, по причинам истечения срока эксплуатации, в скором времени подлежат утилизации.

Новый ледокол будет обладать увеличенным сроком службы (до 40 лет), лучшей ледопроходимостью (3 м против 2,5 на старых судах), а также иметь переменную осадку. Последнее свойство позволит ему работать в разных условиях – как на трассах Севморпути, так и в устьевых районах.

В настоящее время ледоколы разделены на мелкосидящие и крупные и не обладают универсальностью. Каким был путь к перспективной концепции ледокола пр.22220 и какие технические задания удалось решить инженерам «Айсберга»?

Новый формат.

Во-первых, с учётом перспективы развития транспортного флота и организации круглогодичных перевозок потребовалось увеличить размеры АЛ по сравнению с атомным ледоколом «Арктика»: для проводки крупнотоннажных судов типа «Севморпуть». Для судов такого размера требуется более широкий канал. У предыдущего поколения ледоколов ощущалась также неоптимальность соотношения между мощностью и водоизмещением. Для своей мощности он был слишком лёгким, что отрицательно проявлялось в тяжёлых льдах, при форсировании ударами перемычек, торосов и других нагромождений на пути ледокола. Судоводители не могли использовать эти ледоколы на полную мощность. Были вынуждены, работая набегами, снижать мощность, чтобы не «выскакивать» на лед, не клиниться. Масса ледокола для работы в тяжёлых условиях была недостаточна.

Неприятный случай произошёл с ледоколом «Сибирь», который получил опасный крен, наткнувшись на многолетнюю льдину при прорубании перемычки во льдах. Столкнувшись с неподатливым препятствием, ледокол пополз вверх и начал крениться до 20 градусов. Для более эффективной работы ледоколу явно не хватало массы, кинетической энергии. На основании полученного опыта эксплуатации уже в конце 1970– начале 1980-х гг. пришли к выводу, что ледокол этого класса надо несколько увеличить, повысить его ледопроходимость. Обводы корпуса ледокола практически повторяли обводы ледокола «Москва» финских проектировщиков, которые также ещё не имели собственного опыта эксплуатации.
В результате дальнейших работ пришли к пониманию того, что за счёт оптимизации обводов можно значительно увеличить ледопроходимость ледокола без значительного повышения мощности. Модельные испытания были проведены в Арктическом институте и у финских коллег ЦКБ. Установили, что только за счёт улучшения формы обводов может быть обеспечена такая же ледопроходимость как и при полуторократном увеличении мощности, то есть обеспечивается её 50% экономия. Параллельно изучались варианты, предлагаемые зарубежными судостроителями. Проводились натурные испытания дизельных ледоколов «Капитан Сорокин» и «Капитан Николаев» (после их переоборудования немцами и финнами). Исследовались различные формы обводов: цилиндрические, конические (ложкообразные) — предложенные финскими судостроителями, и ледорезные понтонообразные — предложенные немецкой фирмой. С точки зрения ледопроходимости (повышения её в 1,5 раза) они являются весьма многообещающими, в частности, для работы в ровных льдах, но при хороших ледовых качествах ледоколы должны обладать удовлетворительными мореходными качествами, учитывая потребность в длительных переходах в открытом море как вокруг скандинавского полуострова на западе, так и при переходе из Владивостока в Арктику, использование ледоколов для буксировок крупных сооружений или судов в период летней навигации. Поэтому необходимо заботиться и о мореходности ледоколов.

Немецкие и финские варианты показали, что не стоит увлекаться экзотичными обводами, потому что они не позволяют обеспечить универсальность, нормальную работу в морских условиях.

«Капитан Николаев» (с ложкообразным носом) при переходе вокруг Скандинавии попал в сильный шторм и получил очень сильные разрушения и трещины в корпусе, вплоть до протечки в машинном отделении. В результате слеминга отлетело всё оборудование в каютах. Такие мощные были удары. Переоборудованный «Капитан Сорокин» (с понтонообразным носом) тоже испытал сильные удары на волнении. Кроме того, по собственно ледовым качествам он оказался маломаневренным. В сплошном припайном льду он вырезал красивый ровный канал, работал действительно эффективно. А в старом забитом канале, торосистых льдах он работал уже как бульдозер, толкая лёд перед собой.

Усилия «Айсбера» были сосредоточены в основном на отработке универсальных обводов – традиционных, клинообразных. Такая форма позволяет усовершенствовать обводы, сохраняя удовлетворительные мореходные качества.

Круглоготичная эксплуатация и новые размерения

Наши самые мощные ледоколы типа «Арктика» могут обеспечить навигацию по СМП в Восточном районе только в течение 7 месяцев. Для обеспечения надёжной круглогодичной работы необходимо повысить ледопроходимость. В частности, ледопро-ходимость ледокола – лидера для круглогодичного плавания на всем протяжении Севморпути должна быть около 3,5 м. Под ледопроходимостью понимается предельная толщина ровного сплошного льда, преодолеваемого ледоколом непрерывным ходом с минимальной устойчивой скоростью 2 узла. Но пока с точки зрения перспективы перевозок потребности в таком сверхмощном ледоколе нет. Сейчас для надёжной работы в Карском море до Дудинки достаточно обеспечить ледопроходимость 2,6 м. Поэтому первое требование к новому ледоколу – повышение ледопроходимости с 2,3 м (как у «Арктики») до 2,6 м.

В последнее время начал меняться состав транспортного флота. При освоении нефтегазовых шельфовых месторождений требуются крупнотоннажные танкеры для вывоза углеводородного сырья на экспорт. Крупнотоннажные челноки, которые строятся для Печорского моря (для Приразломного месторождения, для Варандея) дедвейтом 70 тыс.тонн имеют ширину 34–36 м. У судов со 100-тысячным дедвейтом ширина и того больше – 42-44 м. Вот с такими широкими и тяжёлыми судами надо иметь дело и под них прокладывать канал соответствующей ширины. Его размерами определяется скорость проводки судов.

Зависимость скорости проводки судна от ширины ледокола определялась как на основании опыта работы ледокольного флота, так и специально проведенных испытаний. В 2002 году в рамках проекта «Сахалин-1» была осуществлена экспериментальная проводка крупнотоннажного 100-тысячного танкера «Приморье» двумя ледоколами – линейным ледоколом «Красин» мощностью на валах 26,5 МВт и вспомогательным «Магадан» мощностью 7 МВт. С одним ледоколом ширина канала недостаточна, и танкеру приходится самому доламывать кромки льда после ледокола. Скорость неприемлемо низкая и к тому же неустойчивая. Для экономики проводки судов ширина канала имеет очень большое значение.

Запас по мощности
Другим важным моментом является мощность ледокола. С одной стороны, можно усовершенствовать обводы. Ледопроходимость в пределах 2,7-2,8 м можно получить, улучшив форму обводов. Последний атомный ледокол «50 лет Победы» имеет усовершенствованные по предложению ЦНИИМФа обводы носовой оконечности. Они не совсем такие, как предполагается по новому проекту, но многое уже сделано. Наклон форштевня составляет уже 21 градус вместо прежних 27, ватерлинию раскрыли с 28 до 35 градусов. Побольше развалили шпангоуты. Эти усовершенствования, сохранив клиновидный профиль, позволили сэкономить до 50% мощности и выйти на 2,6-2,7 м ледопроходимости. В ЦНИИ им. Крылова были проведены сравнительные модельные испытания, которые подтвердили ожидаемые преимущества усовершенствованных обводов корпуса, предложенных ЦНИИМФом.

В перспективе для безопасных проводок крупнотоннажных судов ледоколу необходимо иметь запас по мощности.

Ледокол для реки и моря

3D модели ледокола проекта 22220 студии «Солидей»

Проведенные исследования и эксперименты показали, что, как уже упоминалось, для ледоколов класса «Арктика» необходимо увеличить размерения в плане, то есть ширину и длину. Но тогда атомный ледокол, которому не требуется запасов топлива, начинает всплывать. Целесообразное уширение с 28 до 33 м позволяет ледоколу обеспечить всплытие на 2 м и он будет иметь безбалластную осадку в пределах 8,5 м. Этого достаточно для захода в Дудинку, Обскую губу, где проходная осадка 9м. У Харасавэя (п-ов Ямал) появится возможность подходить к припаю.

Для того, чтобы увеличить массу АЛ и глубоко посадить винты применительно к тяжелым ледовым условиям на морских трассах, необходимо принять жидкий балласт. Для увеличения осадки на 2 м требуется около 8-9 тыс. тонн балласта. С принятым балластом АЛ сможет эффективно использовать свою мощность и инерцию. Балласт у ледокола «Арктика» составляет около 2 тыс. тонн. Для 9-тысячного балласта необходимо создание специальной балластной системы.

Таким образом, ситуация с всплытием ледокола натолкнула на мысль о создании АЛ с двумя осадками. В безбалластном варианте ледокол может заходить в мелководье, осуществляя проводку судов непосредственно в Дудинку. То есть, новый ледокол сможет заменить два типа существующих судов: ледокол класса «Арктика» и класса «Таймыр».

Ледопроходимость предлагаемого двухосадочного ледокола должна быть около 2,8-2,9 м, учитывая необходимость работы с крупнотоннажными судами. С применением усовершенствованных обводов на валах достаточно иметь мощность 60 МВт. У «Арктики» она равна 49 МВт. Ледокол нового поколения при обосновании получил шифр ЛК-60Я.

Были проведены исследования процессов кавитации и аэрации винтов в ЦНИИ им. Крылова, которые показали, что при малой осадке можно переработать 80% установленной мощности—48 МВт. Этим подтвердились выполненные ранее оценки ЦНИИМФа. При такой мощности ледопроходимость составит 2,5-2,6 м по сравнению с 2 м у «Таймыра», то есть новый ледокол будет более эффективен и при ограниченной осадке.

Расчеты показали, что для обеспечения перспективных перевозок в Карском море вместо пяти традиционных ледоколов (3 типа «Арктика» и 2 типа «Таймыр») достаточно трёх двухосадочных ледоколов, что даёт значительный выигрыш в затратах на строительство. Имеется и целый ряд других преимуществ: уменьшаются затраты на ремонтную базу, сокращаются простои на участках стыковки двух типов ледоколов при переходе река-море за счёт сквозной проводки одним типом ледокола.

У двухосадочного ледокола есть ещё одно преимущество: маневрируя балластом, он может «подпрыгивать» только на отдельных коротких мелководных участках, а в остальном работать с максимальной осадкой на полной мощности. При этом будут обеспечены и большая скорость, и большая проходимость. Кроме того, большое количество жидкого балласта позволит ледоколу легко высвобождаться из заклиниваний при работе в тяжелых льдах арктических морей.
Оборудование нового поколения

На ледоколе нового поколения будет применено принципиально новое перспективное оборудование. Прежде всего, это касается главной энергетической установки, в состав которой входят две реакторные установки, паротурбинная установка с двумя главными турбоагрегатами, три гребных электродвигателя, работающие соответственно на три гребных винта фиксированного шага. Система электродвижения, основанная на принципе переменно-переменного тока, будет работать по схеме: синхронный генератор – преобразователь частоты – синхронный электродвигатель. В результате повысится КПД и снизятся массогабаритные показатели установки.

Проект реакторной установки разрабатыл ФГУП «ОКБМ». Это будет прогрессивная моноблочная ЯЭУ типа РИТМ-200 с повышенным уровнем защиты. Период между перегрузками активной зоны у этой РУ составит 7 лет в отличие от 2,5-3 лет у существующей установки типа КЛТ-40. Новая установка дает почти двукратный выигрыш по габаритам и массе. Последнее имеет важное значение для обеспечения минимальной рабочей осадки ледокола. ЯЭУ моноблочного типа с большей (60%) естественной циркуляцией потребует гораздо меньшую мощность насосов. Повышается уровень защиты и коэффициент использования мощности (0,75). Моноблочность, естественная циркуляция, воздушное охлаждение – все эти факторы, задействованные в новой установке, повышают безопасность её эксплуатации. Турбогенераторную установку будет изготавливать ОАО «Калужский Турбинный завод». Подобную установку завод делает для плавучей атомной электростанции.

Подробнее о «горячем сердце» для холодных широт

Реакторную установку нового поколения для атомного ледокола спроектировали инженеры «Опытно-конструкторского бюро машиностроения имени И.И.Африкантова». Несколько лет длилась работа над проектом. Сейчас она близится к завершению.

 Источник фото: polarpost.ru

Алексей Пахомов, начальник конструкторско-компоновочного отдела реакторных установок для атомных судов, надводных кораблей и атомных станций ОАО «Опытно-конструкторского бюро машиностроения имени И.И.Африкантова», отметил: «Универсальный ледокол сможет проводить караваны судов по северному морском пути, пробивая лед до 2,5 метров толщиной, и заходить в устья рек, где необходима меньшая осадка».

Один универсальный ледокол будет работать «за двоих», что позволит сэкономить колоссальную сумму на строительстве второго судна. Еще одно важное преимущество «Ритма 200»: безопасность. Реактор заключен внутрь защитной оболочки из стали, воды и бетона. Однако просчитать последствия чрезвычайных ситуаций инженеры все-равно обязаны, и в этом им помогает суперкомпьютер.

Михаил Большухин, начальник отделения научно-технического обоснования проектов ОАО «Опытно-конструкторского бюро машиностроения имени И.И.Африкантова», считает: «Применение суперкомпьютера позволяет отказаться от дорогостоящих экспериментов и сократить время и стоимость проектов».

Компьютерная программа моделирует нештатную ситуацию в реакторной установке ледокола. Правда, пока супер-ЭВМ может максимально достоверно воспроизводить только процессы, уже подтвержденные испытаниями. Супер-ЭВМ следующего поколения сможет прогнозировать уже практически любые негативные явления внутри реактора вплоть до аварий, подобных трагедии на «Фукусиме-1» в Японии.

Реакторная установка «Ритм 200» – результат 5-летней работы сотрудников «Опытно-конструкторского бюро машиностроения имени И.И.Африкантова». В следующем году масштабный проект запускается в производство. Спуск на воду первого универсального ледокола с реакторными установками последнего поколения намечен на 2016 год.

О деньгах

Для реализации проекта по строительству атомного ледокола нового поколения в бюджете Российской Федерации на ближайшие 3 года заложено 20 млрд руб. Как передает корреспондент ИАА «ПортНьюс», об этом в ходе 2-го Международного арктического форума «Арктика – территория диалога» сообщил министр транспорта Российской Федерации Игорь Левитин.

Напомним, в России в ближайшее время планируется построить один атомный и четыре дизель-электрических ледокола. Как сообщалось ранее, решение вопроса о размещении заказа на строительство ледоколов может быть принято в октябре 2011 года. Предполагается, что либо будет объявлен конкурс на строительство ледоколов, либо выйдет распоряжение президента РФ о назначении исполнителя заказа, которым, как планируется, станет ОАО «Объединенная судостроительная корпорация» (ОСК). Отметим, атомные ледоколы России находятся в ведении ФГУП «Атомфлот» государственной корпорации «Росатом».

Слово главкону

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈