Новости нашей компании

Архив новостей       Управление подпиской

 

31.10.19 11:05
Об инновационных проектах современных судов смешанного река-море плавания и не только

31 октября 2019 года на Международном форуме "Riverport Expo 2019" по приглашению организаторов генеральный директор Морского Инженерного Бюро, профессор, доктор технических наук Геннадий Егоров представил доклад "Существующий и перспективный флот для пассажирских и грузовых перевозок по ВВП".
 
В силу определенных причин сегодня оценка водного транспорта достаточно своеобразная, раз доля в общем транспортном балансе не велика, то и об инновационности в том, что уже сделано, "не может быть и речи". Вот в будущем, когда будут "повсеместно карбоновые беспилотные катамараны, работающие исключительно на солнечной энергии" - тогда инновации будут засчитаны. Это конечно ирония автора.
 
В действительности, сегодня наиболее заметным явлением в воднотранспортной отрасли является массовая постройка необычных для всей практики мирового судостроения "сверхполных" танкеров смешанного река-море плавания проекта RST27 и созданных на их базе комбинированных судов (танкеров-площадок) проекта RST54, танкеров-химовозов проектов RST27M и RST12 и сухогрузных судов проектов RSD59 и RSD79.
 
Это все суда, перекрывающие все типы грузов и способов перевозки, но выполненные в единых "сверхполных" обводах.
 
Действительно, трудно не заметить, как с 2012 года были поставлены 68 судов этих проектов, еще 50 находятся в постройке (заказаны). Такие темпы и такая массовая серия были характерны для лучших периодов советского судостроения и это, конечно, очень достойное сравнение для сегодняшних российских верфей.
 
Британское Королевское общество корабельных инженеров RINA в число лучших судов года в мире пять раз включала эти "сверхполные" суда - дважды проект RST27 (Significant Ships of 2012 и Significant Ships of 2013), что само по себе случается очень редко, в 2014 году проект RST54 (Significant Ships of 2014), в 2017 году проект RST27M (Significant Ships of 2017) и в 2018 году проект RSD59 (Significant Ships of 2018).
 
Однако не только увеличенный коэффициент полноты является особенностью этого нового поколения танкеров и сухогрузов, но и ряд других принципиально важных характеристик, также полученных Морским Инженерным Бюро в той или иной форме в научных исследований 2001-2017 годов и использованных в новых концептах: обоснование главных размерений, выбора формы носовой и кормовой оконечностей, количества и типа движителей, способов формирования конструкции, особенностей архитектуры, снижения надводного габарита, нестандартного объединения функций судов, расширения типов предполагаемых к перевозке грузов и т.п.
 
Именно системный характер концептуального проектирования позволил дать такой заметный практический выход.
 
Полученные в эти годы теоретические результаты позволили Морскому Инженерном Бюро в 2011 году предложить экспертной группе международной транспортной группы UCL Holding, работавшей под руководством Ришата Багаутдинова, концепт танкера смешанного река-море плавания "Волго-Дон макс" класса проекта RST27 типа "ВФ танкер" со "сверхполными" обводами с коэффициентом общей полноты 0,932. Такой танкер, сохраняя по району плавания класс R2 и возможность круглогодичной эксплуатации как у танкера типа "Армада" проекта RST22, получил существенно увеличенную грузоподъемность в реке - дедвейт при осадке 3,60 м - 5420 тонн (против 4700 тонн у проекта RST22), что сделало его уникальным речным судном при таком же дедвейте в море 7000 тонн, как у универсальных танкеров проектов RST22, RST22M более раннего поколения.
 
Таким образом, произошло редкое событие в современном отечественном гражданском судостроении, когда научный результат был получен самостоятельно и до появления конкретного заказа на постройку, а затем вполне успешно был реализован в виде большой серии судов.
 
Но в действительности это был вовсе не один шаг и не гениальное одномоментное предвидение, а вполне классическое научное исследование, с получением промежуточных выводов на каждом этапе НИР.
 
А. Принцип максимального использования фактических путевых условий (максимально возможные длина, ширина судна).
 
Б. Сколько должно быть винтов на судне "Волго-Дон макс" класса?
 
Для "Волго-Дон макс" класса оптимальным с позиций топливной эффективности является вариант двухвального пропульсивного комплекса с гребными винтами фиксированного шага в направляющих насадках (например, винто-рулевые колонки).
 
В. Какая форма носовой оконечности должна применяться на судне "Волго-Дон макс" класса?
 
Как следует из предыдущих рассуждений, для судна "Волго-Дон макс" класса оптимальной является кормовая часть санной формы, приспособленная к двум винто-рулевым колонкам (ВРК) в качестве единого средства движения и управления (или к двум винтам фиксированного шага в насадках с двумя рулями).
 
Исследования с помощью методов вычислительной гидромеханики оптимальной формы носовых обводов для судна "Волго-Дон макс" класса нового поколения (с коэффициентом общей полноты около 0,90 и кормой в форме "саней") позволили сделать следующие выводы:
 
1. В заданном диапазоне скоростей хода 9-12 узлов корпус с цилиндрическими носовыми обводами имеет лучшие показатели по критерию транспортной работы судна на единицу мощности, т.е. по экономическим показателям.
 
2. Наибольшую скорость полного хода 12,11 узла при заданной мощности (две ВРК мощностью на гребных валах по 1200 * 0,85 = 1020 кВт) обеспечивает корпус с бульбообразными носовыми обводами. Скорость полного хода судна с цилиндрическими носовыми обводами составляет 12,07 узлов, с наклонным форштевнем - 11,85 узлов.
 
Г. Максимально возможная "полнота" обводов судов.
 
Чем больше водоизмещение судна, тем больше его дедвейт - это как раз понятно всем, но при этом судно должно двигаться с приемлемой скоростью и с нормальным (вписывающимся в экономику) расходом топлива, иметь достаточные мореходные свойства (суда река-море плавания, причем с возможностью работы в Черном, Каспийском, Балтийском, Средиземном морях) и достаточную ледопроходимость (ледовая проводка в Ростов-на-Дону, Астрахань, Санкт-Петербург).
 
Как известно, наиболее востребованными в России в настоящее время судами смешанного плавания являются грузовые суда "Волго-Дон макс" класса. ССП этого класса, построенные до XXI века, имеют корпуса c коэффициентом общей полноты 0,84...0,85, относительной длиной цилиндрической вставки до 0,60, носовой оконечностью в виде "острой ложки" и кормовой в виде "килеватой ложки". Исследование обводов относительно полных судов проводилось неоднократно, но количественные решения завершались корпусами с коэффициентом общей полноты до 0,88 (!!!!).
 
Однако обводы корпусов нового поколения таких судов (проекты Морского Инженерного Бюро 005RST01, 006RSD02, 006RSD05, 007RSD07, RSD19, RSD49, RST22, RST22M, строительство которых началось в первом десятилетии XXI века) уже отличались более полными обводами (0,88...0,90), более протяженной цилиндрической вставкой (0,68...0,70), что позволило, несмотря на увеличение толщин и рост массы металлического корпуса, обеспечивать дедвейт в реке при осадке 3,60 м около 4700-5000 тонн.
 
Ранее создание таких полных судов представлялось бы полным абсурдом и отвергалось, как противоречащее теории и, особенно, результатам модельных испытаний, ориентированных на соотношения главных размерений, принятых у морских судов.
 
Однако эффективная эксплуатация с 2001 года почти сотни новых судов (проекты Морского Инженерного Бюро и ВКПБ) с такими характеристиками полностью подтвердила принятые принципиальные решения. Иных судов "Волго-Дон макс" класса отечественные судовладельцы в итоге просто не заказывали, да это и правильно, так как они бы гарантированно проиграли бы по экономике успешно работающим "Армадам", "Гейдарам" и "Новгородам".
 
Поэтому и возник вполне закономерный вопрос - а какой предел увеличения коэффициента общей полноты для судна смешанного река-море плавания?
 
Для этого был специально разработан теоретический корпус судна с рекордным коэффициентом общей полноты 0,932. Применена бульбообразная форма носовой оконечности, кормовая оконечность - транцевая, с полутоннелями и скегом. На начальном этапе моделирование буксировочных испытаний выполнялось путем решения уравнений Рейнольдса конечно-объемным методом в расчетной области, внутрь которой помещена 3D модель корпуса судна. Уравнения движения жидкости замкнуты при помощи статистической модели турбулентности для случая несжимаемой жидкости. Расчеты выполнялись в масштабе натуры с намерением избежать влияния масштабных эффектов и процедур пересчета с модели на натуру.
 
Следует обратить внимание, что на интересующих нас скоростях около 10 узлов, основную роль играет трение и сопротивление формы. Волновое сопротивление при этом незначительно, но уже после 10 узлов роль этой составляющей резко вырастает. Результаты проверочных буксировочных испытаний в двух независимых друг от друга бассейнах показали, что величины коэффициента остаточного сопротивления при осадке судна в грузу и в балласте практически совпадают до значения числа Фруда ~0,13.
 
Но конечно главным результатом является необходимая для движения судна с заданной реальной скоростью удельная эффективная мощность (на 1 м³ объемного водоизмещения) - т.е. те энергозатраты, которые приходятся на 1 единицу груза.
 
Анализ показал, что в грузу величина буксировочной мощности "сверхполного" судна отличается всего лишь на 4% от таких же данных судна с коэффициентом полноты около 0,90.
 
Таким образом, теоретически было доказано, что для типичных для судна смешанного река-море плавания скоростях 10 узлов влияние коэффициента полноты (для диапазона 0,88...0,93) незначительно.
 
Вывод был принципиально важен и означал, что можно увеличивать коэффициент общей полноты для судов смешанного река-море плавания до 0,932. Это и позволило дать "старт" для проекта RST27 - судна "Волго-Дон макс класса" со "сверхполными" обводами, с бульбообразной носовой оконечностью и с двумя винтами фиксированного шага в насадках (полноповоротные ВРК в полутоннелях).
 
Д. Оптимизация массы корпуса судна.
 
При заданных путевыми условиями размерах судов смешанного река-море плавания их дедвейт определяется по сути полнотой самого корпуса и массой корпуса порожнем.
 
Металлоемкость и конструкцию корпусов судов смешанного плавания ССП определяют класс судна по району плавания и ледовая категория.
 
Были обоснованы класс РС R2 для судов и барже-буксирных составов смешанного река-море плавания "Волго-Дон макс" класса, класс РРР "О-ПР 2.0" для судов и барже-буксирных составов "Волгомакс" класса (минимальный класс для эксплуатации в весеннее-летний сезон в Финском заливе и Азовском море), класс РРР М-СП 3.5 для судов северных речных пароходств. Для танкеров море-река типа новых концептов - стандарт прочности, соответствующий требованиям более высокого класса R1 в эксплуатации, что позволит работать в зимний сезон на перевозках растительных масел и "легкой" химии, например, в Индийском океане и вдоль побережья Африки.
 
По ледовой категории выбраны класс Ice 1 (Лед 20 - Лед 30) у судов смешанного плавания, предназначенных для работы в Азовском и Каспийском морях зимой, класс Ice 2 (Лед 40) - у судов сибирских пароходств для обеспечения безопасного возврата судна после осуществления "северного" завоза на базу, Ice 2 - для работы в Балтийском море зимой, Ice 3 - для работы на порт Архангельск зимой.
 
Оптимизация конструкции достигнута за счет роста эффективной высоты сечения (применение развитых непрерывных надпалубных конструкций), применения продольной системы набора палубы, бортов и днища в средней части, сохранения толщин настилов и обшивок на уровне минимальных за счет рационального сочетания элементов основного и рамного набора.
 
По сути, концепт RST27 явился научным базисом для новой тенденции развития отечественной воднотранспортной отрасли по "расшитию" узких мест за счет новых технических решений.
 
Е. Происходит увеличение провозоспособности за счет максимального использования фактических путевых условий (максимально возможные длина, ширина судна), а главное - за счет экстремально полных обводов, ранее не применявшихся в мировой практике.
 
Например, концепция комбинированных судов проекта RST54, которые получили "сверхполные" обводы и "устьевой" класс М-ПР 2,5.
 
Комбинированные танкера-площадки:
 
• обеспечивают загрузку в обе стороны (нефтеналив - в одну и сухогрузы - в обратную);
• позволяют снизить нагрузку на автодороги за счет перевозки 270-350 легковых автомобилей, которые обычно из района Санкт-Петербурга в центральную Россию везут на грузовиках - автомобилевозах;
• обеспечивают перевозку 120 контейнеров с массами до 36 тонн, которые недопустимы для транспортировки автопоездами по условиям максимальной нагрузки на ось, в том числе до 45 рефрижераторных контейнеров.
 
Перевозка нефтеналивных грузов с ограничением по температуре вспышки паров выше 60°С осуществляется в десяти грузовых танках вместимостью 5446 м³ и двух отстойных танков вместимостью 207 м³, Все танки отделены от наружной обшивки при помощи двойного дна и двойных бортов. Размеры двойных конструкций отвечают требованиям международной конвенции МАРПОЛ 73/78.
 
Для перевозки сухих грузов, не боящихся подмочки (металл, щебень, контейнеры и т.п.) предназначено грузовое пространство на главной палубе, имеющее ограждение высотой 2,0 м. Настил главной палубы внутри грузовой площадки рассчитан на интенсивность распределенной нагрузки 5,5 т/м³, а также на работу грейфером. В качестве основного груза предусмотрена перевозка 4700 т щебня на открытой палубе.
 
Перевозка контейнеров, установленных на настил главной палубы на сепарацию, осуществляется в два яруса. Предусматривается размещение тяжелых 120 TEU массой по 36 тонн, которые нельзя перевозить автопоездами. Электростанция судна позволяет также перевозить 45 рефрижераторных контейнеров.
 
Предусмотрена также возможность установки на судне специальных съемных кассет, образующих дополнительно две автомобильные палубы. Погрузка/выгрузка автомобилей осуществляется своим ходом при помощи береговых аппарелей. Количество перевозимых автомобилей зависит от их габаритных размеров (от 350 до 270 единиц).
 
Ж. Новый "сверхполный" сухогрузный проект RSD59 по сравнению с лучшим из ранее построенных сухогрузов "Волго-Дон макс" класса проекта RSD49 получил:
 
• дедвейт в реке при осадке 3,60 м 5320 тонн (у проекта RSD49 - 4507 тонн), что больше на 813 тонн;
• дедвейт при осадке 4,20 м 6944 тонн (у проекта RSD49 - 6021 тонна), что больше на 923 тонны;
• дедвейт при максимальной осадке 4,706 м 8144 тонн (у проекта RSD49 при максимальной осадке 4,70 м 7143 тонны), что больше на 1000 тонн.
 
Разработана версия проекта RSD59 на газомоторном топливе.
 
Известная волатильность фрахта на сухогрузном рынке подвигла судовладельцев использовать все возможные способы увеличения доходности от работы судов. Особое место при этом отводится нестандартным, негабаритным грузам. Можно сказать, что именно такие "немассовые" грузы, появление которых на рынке происходит сугубо по своим законам, заметно улучшают экономические показатели современных сухогрузных судов, таких как "Каспиан Экспрессы" проекта 003RSD04 с одним трюмом длиной 59 метров и "Нева-Лидер" проекта RSD49 со вторым (из трех) трюмом длиной 52 метра.
 
Наличие на новом проекте RSD59 длинного трюма уже в 77,35 м (на судне проекта RSD49 - 52 м) позволяет перевозить проектные негабаритные грузы, промышленное оборудование, длинные рельсы и трубы. Столь длинный трюм позволяет перевозить любые генеральные грузы с минимальными потерями площади, и соответственно лучше использовать объем трюма.
 
При этом высота этого трюма больше на 620 мм (9000 мм), чем на судне проекта RSD49, что позволяет транспортировать контейнеры высотой до 9,6 футов - "high cube containers" (3 таких контейнера в высоту).
 
Для перевозки сухих грузов, опасных сухим смещением, например, зерновых, на судне проекта RSD59 применена всего лишь одна съемная переборка. Местоположение этого устройства было определено моделированием загрузок зерном, с целью минимизации количества переборок (на других судах такого типа требуются, как правило, не одна, а две съемные переборки) и уменьшением прогиба с выполнением требований по остойчивости при перевозке зерна.
 
Сопоставление технико-эксплуатационных характеристик проекта RSD59 с соответствующими характеристиками судов класса "Волго-Дон макс" показывает, что новый коцепт по энергозатратам на единицу транспортной производительности лучше, чем проекты RSD49 и 006RSD05, выполненные на основе популярных в начале XXI века обводов "Армад", и заметно лучше, чем сухогрузные суда типа "Волга" и "Русич".
 
Если к этому добавить и существенный рост абсолютного значения дедвейта (и с ним коэффициента утилизации дедвейта по водоизмещению) причем как на полной осадке, так, что еще более весомо, в реке (прибавка от 800 тонн в сравнении с "Невой-Лидером" и до 1495 тонн в сравнении с "Волгой"), при примерно одинаковой массе порожнем и пакете оборудования, то преимущество нового концепта RSD59 типа "Пола Макария" становится подавляющим.
 
Однако следует понимать, что речь идет именно о философии "сверхполного" судна, а не о деталях, так как вряд ли стоит всем строить только 2-трюмные суда с длинным 80-метровым трюмом; классом РС, который необходим для работы вокруг Европы. Вероятно, зерновая грузовая база требует суда в таких же "сверхполных" обводах и с сохранением наиболее сложных частей судна (корма, машинное отделение, надстройка, новая оконечность), но с более легкими корпусами и меньшей высотой борта в средней части, что даст добавку примерно 200 тонн груза на осадках от 3,60 до 4,00 м (развитие RSD59 - концепт RSD62), с привычным количеством трюмов - 3-4, как сделано, например, на RSD79, возможно с люковыми закрытиями иного типа (фолдинг, пиги-бег).
 
И это далеко не полный перечень новых технических решений, реализованных и реализуемых уже сегодня на отечественных заводах.