.

Вы здесь

Водоизмещение, мощность, автономность и дальность плавания

Водоизмещение, мощность, автономность и дальность плавания

28.06.2015 Автор: 42

§ 14 Водоизмещение, мощность, автономность и дальность плавания

Водоизмещение ледокола А и мощность его энергетической установки Р — важнейшие параметры, от которых зависят его основные ледовые качества: ледовая ходкость, маневренность во льдах и ледовая прочность. Отношение мощности к водоизмещению (энерговооруженность) часто рассматривают как показатель ледовой ходкости. Оптимального соотношения между Р и Δ, которое характеризовало бы в целом эффективность работы ледокола во льдах, не существует. Для различных ледовых условий (сплошной лед, битый лед) должен быть свой показатель. Даже для сплошного льда он не одинаков и зависит от вида работы ледокола (непрерывное движение, набеги). Так, в начальной стадии проектирования в качестве критерия эффективности работы ледокола набегами с известной степенью условности можно принять величину А/5, пропорциональную толщине ломаемого льда, если последнюю определять из условия равенства кинетической энергии ледокола потенциальной энергии ломки бесконечной балки-полоски шириной В. Показателем непрерывного движения ледокола является величина (Р/В)1/2, которую можно считать пропорциональной предельной толщине льда. Соотношение между мощностью и водоизмещением по-разному влияет на ледовые качества ледокола (ледовую ходкость, ледовую прочность, маневренность и т. д.).

Требования, предъявляемые к выбору водоизмещения (при заданной мощности), при различных ледовых качествах противоречивы. Так, увеличение водоизмещения улучшает ледовую ходкость при работе набегами в тяжелых льдах, но ухудшает маневренность. Величина динамических ледовых нагрузок, действующих на корпус ледокола при ходе во льду, с увеличением водоизмещения увеличивается. В зависимости от класса ледокола то одно, то другое из перечисленных основных ледовых качеств может приобретать первостепенное значение. Для вспомогательных ледоколов, например, маневренность во льдах является наиболее важным качеством, в то время как для средних и особенно для мощных ледоколов более важное значение имеют ледовая ходкость и ледовая прочность.

При движении ледокола непрерывным ходом в сплошных, а также в мелкобитых льдах масса ледокола, строго говоря, оказывает влияние лишь на амплитуду колебаний скорости, не изменяя ее среднего значения. С ростом водоизмещения ледокола движение его становится более устойчивым. В этом случае уменьшается и вероятность остановки ледокола вследствие неравномерностей различных природных характеристик ледяного покрова.

Абсолютный показатель при таком виде работы ледокола — предельная толщина льда не может быть увеличена за счет увеличения его водоизмещения. С другой стороны, изменение водоизмещения заметно сказывается на ледовой ходкости при работе набегами, когда разрушение льда в основном происходит за счет кинетической энергии массы ледокола, набранной им в процессе разбега. Учитывая сложность и противоречивость требований, предъявляемых к выбору водоизмещения, для получения необходимой ледовой ходкости при проектировании ледокола стремятся получить минимальное водоизмещение. Такое решение будет оптимальным также и для ледовой прочности, и маневренности.

При определении мощности энергетической установки ледокола обычно исходят из предельной толщины ровного сплошного льда hпр. На первой стадии проектирования эффективная буксировочная мощность ледокола может быть приближенно определена с помощью следующей эмпирической формулы:

Формула (65) получена на основании обработки данных по отечественным ледоколам. Она обладает достаточной для предварительных расчетов точностью (рис. 81).

Мощность на гребных валах

Мощность на фланцах первичных двигателей

Коэффициент ηпер учитывает потери, возникающие при передаче мощности от первичного двигателя к винту. Для ледокола, оборудованного гребным электроприводом, он выражается формулой

где η'Э и η''э — соответственно к. п. д. гребного электродвигателя и главных генераторов; ηэ''' — к. п. д., учитывающий потери в электросети главного тока; ηв — к. п. д. валопровода.

Коэффициенты ηп и ηпр можно определить, используя данные прототипа. При выборе прототипа надо стремиться к тому, чтобы он по возможности был близок к проектируемому судну по мощности, водоизмещению, главным размерениям, типу первичного двигателя и типу передачи мощности. Эти факторы в первую очередь оказывают влияние на величину коэффициентов ηпер и ηпр.

Величина мощности, полученная в результате указанного расчета, может быть использована для выбора двигателей ледокола.

Если в задании на проектирование оговорено водоизмещение ледокола, то мощность его энергетической установки в начальной стадии проектирования может быть определена с помощью показателя энерговооруженности Рдв/Δ, выбранного по прототипу.

В тех случаях, когда задание на проектирование кроме величины hпр содержит некоторые дополнительные требования, касающиеся, в частности, главных размерений ледокола, предварительно определяют мощность более точно с использованием формулы (1), которая позволяет учесть влияние размерений и формы обводов корпуса. На дальнейшей стадии проектирования, после того как будут выполнены дополнительные проектные проработки, уточняют hпр. Для этого после определения ηпер вычисляют величину мощности на гребных валах Рв, находят Рэф и тягу винтов, а затем с помощью формулы (1) определяют величину hпр. Поверочный расчет ходкости ледокола в битых льдах производят с помощью формул (3) и (4), а на свободной воде — с помощью методики, приведенной в § 12.

Автономность — важное эксплуатационное качество ледокола, которое во многом определяет весовую нагрузку и водоизмещение ледокола. Как правило, требования в отношении автономности указываются заказчиком в задании на проектирование. В общепринятом смысле автономность — это время, в течение которого судно способно двигаться по свободной воде с заданной скоростью хода (полного или экономического) при условии обеспечения всех судовых нужд.

Эксплуатационный показатель автономности ледокола — время, в течение которого он может работать, развивая максимальную мощность энергетической установки (вне зависимости от скорости хода). У ледоколов, использующих обычное минеральное топливо, автономность при полной мощности невелика; даже у мощных ледоколов она, как правило, не превышает одного месяца, несмотря на наличие больших запасов топлива.

Так, например, запас топлива ледокола типа Москва достигает 30% его водоизмещения, намного превышая вес всех прочих судовых запасов вместе взятых (полный запас дизельного топлива 3200 т, максимальный — 4250 т, а наибольший возможный — 4900 т). Суммарный вес всех остальных судовых запасов, включающих котельное топливо, смазочное масло, пресную воду, провизию и прочее составляет около 1200 т. Запас топлива канадского ледокола Луи С. Сан-Лоран, имеющего мощность турбоэлектрической энергетической установки примерно равную мощности ледокола Москва, составляет 2700 т или 20% от его водоизмещения. Несмотря на это, наибольший запас топлива в состоянии обеспечить работу энергетической установки ледокола Москва на максимальной мощности лишь в течение 36 суток, а ледокола Луи С. Сан-Лоран — 20 суток. В то же время автономность ледокола Москва по прочим судовым запасам достигает 12 месяцев (с учетом того, что запасы пресной воды могут пополняться за счет работы опреснительной установки).

Условия эксплуатации в Арктике обязывают мощные отечественные ледоколы обходиться без захода в порты до 6—7 месяцев подряд. При проектировании мощного ледокола Луи С. Сан-Лоран предполагалось, что в среднем за год эксплуатации он будет работать 800 ч в тяжелых ледовых условиях, развивая максимальную мощность энергетической установки. Таким образом, для ледоколов, работающих на обычном топливе, автономность, требуемая по условиям эксплуатации в Арктике, не может быть достигнута. Поэтому на практике ледоколы вынуждены бункероваться в море, получая топливо с судов-снабженцев.

Для ледоколов, работающих на ядерном топливе, проблемы автономности не существует. Автономность атомохода Ленин составляет 12 месяцев по всем видам запасов. В течение всего этого времени энергетическая установка ледокола в состоянии работать с максимальной мощностью.

При проектировании ледоколов, работающих на обычном топливе, автономность по топливу и запасам пресной воды выбирают максимально возможной при данных главных размерениях и водоизмещении, а прочие запасы рассчитывают исходя из требований практики эксплуатации ледокола данного класса. Последняя составляет: для мощного ледокола — 8—12 месяцев, для среднего ледокола — 4—8 месяцев, а для вспомогательного — 0,5 — 3 месяца.

Дальность плавания ледокола, так же как и обычного транспортного судна, принято измерять наибольшим расстоянием, которое он способен пройти по чистой воде, следуя с заданной скоростью экономичного хода. Таким образом, дальность плавания характеризует радиус действия ледокола при плавании на свободной воде, в то время как о радиусе его действия во льдах в большей степени позволяет судить автономность при работе на максимальной мощности.

 

В отличие от обычных транспортных судов, ледоколы обладают большими возможностями в выборе экономического режима плавания в любых условиях эксплуатации, в том числе и при плавании на свободной воде. Эта особенность обусловлена тем, что ледокол — многовинтовое судно с передачей мощности к гребным винтам от первичных двигателей, состоящих из нескольких агрегатов. Так, например, на ледоколе типа Москва, оборудованном тремя кормовыми гребными винтами, принято в режиме экономического хода использовать 50% максимальной мощности энергетической установки (т. е. 11 000 л. с). Эту мощность обеспечивают четыре дизель-генератора, общее число которых 8. На гребные винты мощность может быть передана в разной пропорции: 1:2:1 (т. е. по одному работающему дизель-генератору на бортовые винты и два на средний винт), 2:0:2 или 0:4:0. В зависимости от условий работы ледокола та или иная схема распределения мощности может оказаться выгодней. Так, для достижения наибольшей дальности плавания на свободной воде наиболее рационален режим 1:2:1. В этом случае при Рв = 11 000 л. с. ледокол развивает скорость 16,5 уз (кривая III, рис. 82), в то время как режим 0:4:0 позволяет достичь скорости 15,4 уз (кривая I), а режим 2:0:2 — 16,2 уз (кривая II).

При назначении скорости экономического хода в расчетах дальности плавания ледокола следует исходить из наиболее выгодного режима. Каждый построенный ледокол должен быть снабжен диаграммами, позволяющими судоводителю избирать наиболее выгодный режим работы гребной установки для различных условий эксплуатации.

Boatportal.ru

logo