Исследовательский проект подводного танкера для Арктического бассейна

1. Исследовательский проект подводного танкера для Арктического бассейна Барановский Н.

2. Актуальность работы

Морской транспорт является важнейшим средством
жизнеобеспечения многих северных территорий
Российской
федерации.
Благодаря
морскому
транспорту
в
этих
регионах
осуществляется
круглогодичная добыча, производство и вывоз никеля,
меди, олова и многих других природных ресурсов.
Особого
внимания
заслуживают
топливноэнергетические ресурсы Арктики. Ни один регион
России не обладает такой концентрацией крупнейших
месторождений нефти и газа, как Арктическое
побережье и прилегающие к нему территории. По
оценкам экспертов, только на шельфе арктических
морей сосредоточены запасы нефти, газа и
газоконденсата, эквивалентные 100 млрд.т условного
топлива,
которых
при
современном
уровне
потребления энергии в мире хватит всей планете на 30
лет.

3. В октябре 1999 года Правительством Российской Федерации была принята концепция развития Северного морского пути. Концепция

определяет, что
одной из главных целей развития Северного
морского пути является транспортное обеспечение
освоения
арктических
месторождений
углеводородного сырья и морского экспорта нефти и
газа,
формирование
арктической
морской
транспортной
системы.
На данный момент большинство морских портов
Северного морского пути действуют с июля-августа
по сентябрь-октябрь, так как с ноября по май степень
тяжести ледовых условий превышает технические
возможности даже современных ледоколов, не
говоря уже о возможностях транспортных судов.

4. Цель работы: разработать проект танкера для обеспечения круглогодичной навигации на океанских линиях Арктики

5.

Концепции транспортных
систем:
с проводкой
транспортных
судов ледоколами
суда с ледовыми
усилениями,
обходящиеся без
ледокольной
проводки
с применением
подводных
транспортных
судов

6. Преимущества подводной перевозки грузов:

• Регулярное круглогодичное плавание без
вынужденных простоев. На данный момент изза погодных условий Арктики доставка грузов
осуществляется периодами, так как многое зависит
от погодных и мореходных условий (шторм,
волнение, перемерзание некоторых маршрутов,
сплошные ледовые поля).
Отказ от использования ледоколов. Так как
судно двигается подо льдом, становится ненужным
использование
ледоколов,
следовательно,
значительно сокращается стоимость доставки
нефти.

7.

• Высокая, по сравнению с надводными
судами, скорость движения по трассе,
не зависящая от ледовых и погодных
условий. В тяжелой ледовой обстановке и
сложных
погодных
условий
скорость
транспортного каравана очень низка, так как
многое зависит от толщины льда, которую
приходится вспарывать ледоколам. К тому же
велика вероятность заклинивания судов
льдом, что влечет остановку всего каравана.
Подводный же танкер избегает проблемы
заклинивания во льдах, соответственно,
может двигаться с постоянной крейсерской
скоростью.

8.

• Уменьшение количества участвующих в
грузоперевозках судов, а, значит, и
сокращение
расходов
на
их
строительство и содержание. Сейчас, с
целью уменьшения транспортных издержек,
для перехода сквозь льды формируются
караван,
состоящий
из
нескольких
транспортных судов и 2-3 ледоколов, которые
сопровождают
караван.
Соответственно,
издержки содержания ледоколов фактически
ложатся на плечи владельцев транспортных
судов. Подводный же танкер может двигаться
по
маршруту
самостоятельно
и
без
сопровождения дополнительных судов.

9.

• Отказ от строительства в удаленных
районах хранилищ, необходимых в
условиях
нерегулярного
вывоза
углеводородов. Так как вывоз добытых
нефтепродуктов происходит нерегулярно и
периодами,
приходится
строить
дополнительные нефтехранилища, так как
добыча
происходит
без
остановок
и
перерывов.
Соответственно,
происходит
повышение конечной цены нефти.

10.

• Возможность выбора наиболее коротких
маршрутов без привязки к ледовой
обстановке. На данный момент все
транспортные пути в Северном ледовитом
океане, так или иначе, проходят вдоль берега
или на незначительном удалении, так как
около берега толщина льда значительно
меньше. Подводный танкер, не зависящий от
толщины
ледового
покрова,
может
значительно
сократить
маршрут,
прокладывая его на значительном удалении
от берега и приближаясь к Северному
полюсу. Соответственно, при переходе с
разрабатываемых месторождений в Америку,
значительно сокращается маршрут.

11. Перспективные маршруты вывоза нефтепродуктов

12.

• Более надежная защита груза подо
льдом и под водой, в том числе от
терроризма. На это преимущество нельзя не
обратить внимание, так как в последнее
время участились случаи морского пиратства
и захвата танкеров. Так как данный танкер
значительную часть пути идет под водой,
доступ к нему посторонних лиц сводиться к
минимуму.
Меньшие риски аварий и экологических
катастроф. Данное преимущество также
вытекает из типа судна: основная часть
аварий
в
Арктики
происходит
из-за
повреждений льдами, а предлагаемый танкер
движется подо льдами, соответственно
сводиться
в
минимальной
вероятность
повреждения об льды.

13.

14. Варианты подводных транспортных судов

15.

16.

Переоборудованная подводная лодка проекта 941
«Тайфун»
Экономичное прохождение подводной лодки под
водой со скоростью 16 - 18 узлов.
Преодоление в надводном положении сплошного
ледового покрова толщиной до 2,6 метра со
скоростью порядка 2 - 3 узла.

17. Основные проблемы при проектировании и реализации проекта:

• Большая металлоемкость
и, как
следствие, высокая стоимость корпуса
судна. Данная проблема появляется при
использовании традиционной для подводных
лодок конструкции, так как из-за больших
расчетных давлений на глубине необходимо
изготавливать прочный корпус из листов,
имеющих большую толщину.
Проблема балластировки судна при
переходе с грузом и порожнем. Чтобы
обеспечить погружение судна без груза,
появляется
необходимость
в
жидком
балласте, что вызывает проблему утилизации
грязного балласта.

18.

• Проблема
обеспечения
запаса
плавучести в случае отказа от прочного
корпуса. Данная проблема появляется из-за
того, что в отличии от традиционной
подводной лодки, у которой внутри прочного
корпуса
находится
воздух,
грузовые
помещения подводного танкера всегда
заполнены, а, значит, данные помещения не
участвуют в обеспечении общей плавучести
судна.
Проблема нагрузок от случайных ударов
об айсберги.
Проблемы мелководности Арктического
бассейна.

19. Техническое обоснование и новизна проекта:

• Отсутствие прочного корпуса в грузовых
танках. Так как в танках будет находиться
нефть, а в межбортном пространстве – вода,
воспользуемся важным гидродинамическим
свойством: на глубине гидростатическое
давление воды на обшивку судна будет
компенсироваться тем, что с обратной
стороны
обшивки
будет
действовать
давление нефти. То есть на основной
протяженности корпуса не будет воздушных
пустот, таким образом, нет необходимости в
толстой обшивке корпуса.

20.

• Применение в танках гибких мембран. Исходя
из главной особенности судна, отказ от прочного
корпуса,
появляется
серьезная
техническая
проблема, которую необходимо решить. Проблема
появляется из-за того, что судно не все время
будет двигаться в грузу, соответственно в
оставшееся время будет происходить, так
называемый, балластный переход. В грузовых
танках будут располагаться гибкие мембраны.
Мембраны будут выполнены из эластичного
материала (например, маслобензостойкой резины)
и крепиться на уровне середины высоты танка.
Принцип их работы будет осуществляться
следующим
образом:
подача
нефти
будет
осуществляться сверху, мембрана будет облегать
нижнюю часть борта и днища танка, когда же
будет осуществляться загрузка забортной воды, то
она будет подаваться со стороны днища,
соответственно, эластичная гофра начнет облегать
верхнюю часть танка. Таким образом, можно
исключить контакт загрязненных поверхностей
танка с забортной водой.

21.

• Для обеспечения плавучести, значительная
часть
междубортного
пространства
заполняется
материалом
с
низкой
плотностью. Как покажут дальнейшие расчеты
плавучести,
чтобы
судно
обладало
положительной
плавучестью,
необходимы
огромные
пустые
пространства-цистерны.
Однако, с учетом конструктивных особенностей
судна, взять их нам негде. Поэтому плавучесть
обеспечим принципиально другим способом.
Значительную часть межбортного пространства
заполним легким материалом, удельный вес
которого меньше удельного веса воды. В
качестве такого материала будем использовать
пеностекло. На данный момент пеностекло
является одним из лучших материалов, которые
подходят под наши требования: легкий (около
200 кг/м3 ), прочный (прочность на сжатие около
50 кг/см2 ), а также не боится низких
температур, перепадов температур, не впитывает
воды и др.

22.

• Использование ядерной энергетической
установки
в
качестве
главной
энергетической установки. Применение
данного типа энергетической установки
позволяет:
сократить
до
минимума
обслуживание
двигателя;
длительные
подводные переходы подо льдами без
необходимости всплытия для дозаправки и
обслуживания;
исключить
значительные
пространства для топлива и масла.
Использование в качестве основных
движителей и рулевого комплекса –
винто-рулевых колонок типа «Азипод».
Такое решение исключает необходимость
применения
пера
руля,
отсутствует
валопровод и позволяет рациональней
использовать объемы в прочном корпусе.

23. Ходкость. Расчет сопротивления судна в подводном положении ведется в табличной форме по правилам, предъявляемым к подводным

лодкам, с учетом
специфичных конструктивных особенностей, при
четырех
скоростях
(10,
12,
14,
16
узлов).
Зависимость полного подводного
сопротивления судна от скорости
Полное сопротивление, кН
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
10
12
14
Скорость, уз.
16

24. Для достижения крейсерской скорости 14 узлов необходима мощность не менее 58006 кВт. В качестве расчетного энергетической

установки
используем
схему,
аналогичной
той,
что
применяется на атомной подводной лодке проекта
941 – 2 ядерные установки мощностью по 37770
кВт.
Максимальная достижимая скорость с данной
энергетической установкой – 15.22 узла.

25. Преимущества винто-рулевых колонок: высокая устойчивость на курсе; короткий тормозной путь; малый радиус циркуляции; экономия

внутреннего
пространства судна.

26. Сравнение поперечного упора:

27.

• В верхней части корпуса предусмотрено
значительное
утолщение
обшивки
корпуса. Такая конструкция позволяет
производить
всплытие
судна
без
повреждений корпуса в условиях толстого
ледяного покрытия Северного ледовитого
океана.
Максимальное
использование
технологий,
применяющихся
в
надводных
танкерах.
Использование
традиционных
технологий
(блочномодульный метод постройки), применяемых в
надводных судах, значительно упрощает
постройку судна, что в конечном итоге
выльется в значительное уменьшение затрат
на постройку судна.

28. Заключение Характеристика танкера: длина – 250 м, ширина – 45 м, высота (без рубки) – 26 м, высота с рубкой – 32 м, объем

грузовых
помещений для сырой нефти – 137666 м3, вес
перевозимой нефти, при удельном объем 0.9
т/м3 – 152962 т, вес судна порожнем – 36540 т,
крейсерская скорость – 14 уз., максимальная
скорость – 15.6 уз., рабочая глубина – 80 м,
максимальная глубина погружения – 200 м.

29.

Необходимо создавать арктическую морскую
транспортную систему и соответствующий
флот. Это – комплексная задача, требующая
системного
подхода,
тщательно
разработанного проекта и централизованного
управления в процессе его реализации, не
допускающего метод проб и ошибок, так как
ошибки могут привести к экологическим
катастрофам.
Одним из способов повышения безопасности
перевозок в ледовых условиях может
являться применение подводных судов,
способных двигаться на безопасной глубине
подо льдом, способных при необходимости
разрушать ледяной покров.

30.

Чертежи проекта предоставляются
отдельно