Принцип работы ледокола: как он ломает лед

Атомный ледокол 50 лет Победы

Ледоколы относятся к классу специальных вспомогательных судов. Основное их предназначение – поддержание судоходства в замерзающих акваториях с помощью различных ледокольных операций. Главная из них – проводка судов во льдах. В процессе ее выполнения ледоколы способны преодолевать ледовые перемычки, осуществлять прокладку судоходных каналов, буксировку, участвовать в спасательных операциях. Этому способствует принцип работы ледокола, имеющий ряд особенностей.

1. Помимо того, что на ледокол, как на обычное судно, действует выталкивающая сила воды, он дополнительно подвергается боковому давлению льда. По этой причине корпуса ледоколов выполняются в форме ореха. При этом ватерлинию специально «опускают» ниже самой широкой части судна, чтобы силы, воздействующие на ледокол, выталкивали его вверх, не разрушая корпус.
2. Дополнительную прочность корпусу ледокола придают система усиленных шпангоутов и стрингеров, разделение на отсеки водонепроницаемыми переборками и наличие в районе ватерлинии специального «ледового пояса», способного выдержать воздействие льдов.
3. В носовой и кормовой частях ледокола предусмотрен специальный скос обводов, позволяющий ему легче передвигаться во льдах в челночном режиме, то есть, вперед-назад. Для снижения трения о лед в корпусе установлено специальное омывающее устройство с мелкими отверстиями для прокачки воздушных пузырьков.

История ледоколов

Колесный пароход «City Ice Boat No. 1»

«Предком» современных ледоколов стал деревянный колесный пароход «City Ice Boat No. 1», построенный в Филадельфии в 1837 году, который был приспособлен для колки льда в местной гавани.

И все же первым ледокольным судном по праву считается российский пароходный буксир «Пайлот». В 1864 году в Кронштадте по указанию судовладельца Михаила Бритнева его переделали в ледокол, срезав носовую часть под углом 20 градусов по отношению к килю. В результате судно, наползая на лед, взламывало его всей своей тяжестью.

Первый российский ледокол «Пайлот»

Позже в 1871 году по чертежам «Пайлота» в Германии был построен ледокол «Айсбрехер-1». Характерно, что основным заказчиком ледокольных судов в начале ХХ века была именно Россия. Так английская компания «Armstrong Whitworth» построила для России ледоколы «Байкал», «Ангара» и «Ермак», которые эксплуатировались до 1964 года. В 1917 году в Англии спущен на воду ледокол «Святогор» (с 1927 г. «Красин»). С 1921 по 1941 гг. на Балтийском заводе было построено 8 ледоколов, а с 1956 по 1958 гг. – еще 10 речных ледоколов. С 1959 г. началась эра атомного ледокольного флота с введением в строй первого в мире атомного ледокола «Ленин».

Устройство ледокола

Специфика работы ледоколов определяет его конструкцию. Чтобы противостоять толстым паковым льдам, корпус ледокола обшивают стальными листами, а днище делают закругленным.

Атомный ледокол Ленин

Каким способом ледокол ломает лед зависит от его толщины. При незначительной толщине ледокол разрезает его носовой частью, а затем раздвигает, создавая позади себя свободное пространство. Мощный ледовый покров ледокол преодолевает, наползая на льдины и разламывая их за счет своего веса. Существует несколько приемов создания проходов во льдах, в частности, с помощью крена и балластной цистерны.

Преодоление льда с помощью крена

Для современных российских атомных ледоколов класса «Арктика» совершенно не имеет значения какой толщины лед. Им под силу преодолевать 5-метровые торосы и трехметровый лед на скорости до 20 км/ч.

Преодоление льда с помощью балластной цистерны

В настоящее время эксплуатируются ледоколы двух типов дизель-электрические и атомные. Движение судна осуществляется по следующей схеме: судовой двигатель приводит в действие электрогенератор, а тот в свою очередь – электродвигатель, от которого вращаются гребные винты.

Гребные винты атомохода 50 лет Победы

Гребная установка ледокола также имеет ряд особенностей, поскольку ей приходится работать в гораздо более жестких условиях по сравнению с обычными судами. Для ледокольных двигателей характерны резкие перепады нагрузки, что связано с заползанием ледокола на лед и отходом назад. Двигатели в этих условиях должны быстро набирать полные обороты.

Современные ледоколы могут иметь три и даже четыре винта. При четырехвинтовой схеме два находятся в задней и два в передней части. Так передние винты, вращаясь как бы выкачивают воду из-подо льда, тем самым ослабляя опору и обеспечивая его более быстрое разрушение.

Ледокольный флот России

В настоящее время Россия располагает самым многочисленным и мощным ледокольным флотом, состоящим из 55 судов, 4 из которых – это атомные ледоколы (плюс атомный лихтеровоз «Севморпуть»). Для сравнения, у США всего четыре тяжелых дизель-электрических ледокола, причем два из них эксплуатируются более 30 лет.

Страны с самым мощным ледокольным флотом

В октябре 2019 г. на судостроительном заводе «Адмиралтейские верфи» было спущено на воду первое в мире боевое судно ледокольного класса «Иван Папанин», которое пополнит состав ВМФ. После оснащения и всесторонних испытаний боевой ледокол будет принят на вооружение в 2023 году. К 2035 году в составе Арктического флота будет не менее 13 тяжелых ледоколов. Из них 9 будут атомными.

Содержание

• История ледоколов
• Устройство ледокола
• Ледокольный флот России

Как устроен ледокол — Страница Виртуальных Путешественников — ЖЖ

По сути своей атомный ледокол — это пароход. Атомный реактор нагревает воду, которая превращается в пар, который раскручивает турбины, которые возбуждают генераторы, которые вырабатывают электричество, которое поступает в электромоторы, которые крутят 3 гребных винта.

Толщина корпуса в местах ломки льда 5 сантиметров, но прочность корпусу придает не столько толщина обшивки, сколько количество и расположение шпангоутов. У ледокола двойное днище, так что в случае пробоины вода в корабль поступать не будет.

На атомном ледоколе «50 лет Победы» установлены 2 ядерных реактора мощностью по 170 Мегаватт каждый. Мощности этих двух установок достаточно, чтобы снабжать электричеством город с населением в 2 миллиона человек.

Ядерные реакторы надежно защищены от аварий и внешних ударов. Ледокол может выдержать прямое попадание в реактор пассажирского самолета или столкновение с таким же ледоколом на скорости до 10 км/ч.

Реакторы заправляют новым топливом раз в 5 лет!

Для нас провели небольшую экскурсию по машинному отделению ледокола, фотографии которого под катом. Плюс к этому я покажу где мы ели, чем питались, как отдыхали и остальные внутренние помещения ледокола…

Началась экскурсия в кабинете главного инженера. Он вкратце рассказал об устройстве ледокола и о том, куда мы пойдем во время экскурсии. Так как в группе были в основном иностранцы, то всё переводили сначала на английский, а затем на японский:

3.

2 турбин, каждая из которых вращает одновременно 3 генератора, вырабатываю переменный ток. На заднем плане желтые ящики — это выпрямители. Так как гребные электродвигатели работают от постоянного тока, то его надо выпрямлять:

4.

5.

Выпрямители:

6.

Электромоторы, вращающие гребные винты. В этом месте очень шумно и оно находится в 9 метрах под ватерлинией. Общая осадка ледокола — 11 метров:

7.

Очень впечатляюще выглядит рулевая машина. На мостике рулевой пальчиком поворачивает небольшой штурвал, а здесь огромные поршни вращают руль за кормой:

8.

А это верхняя часть руля. Сам он находится в воде. Ледокол гораздо маневреннее обычных кораблей:

9.

Опреснительные установки:

10.

В день они производят 120 тонн пресной воды:

11.

Воду можно попробовать прямо из опреснителя. Я выпил — обычная дистиллированная вода:

12.

Вспомогательные котлы:

13.

14.

15.

16.

17.

На корабле предусмотрено очень много степеней защиты от нештатных ситуаций. Одна из них — это тушение пожаров углекислым газом:

18.

19.

Чисто по-русски — из-под прокладки капает масло. Вместо того, чтобы заменить прокладку, просто повесили баночку. Не поверите, но у меня дома так же. Где-то год назад потек полотенцесушитель, так я его до сих пор не заменил, а просто раз в неделю выливаю ведро с водой:

20.

Рулевая рубка:

21.

Ледоколом управляют 3 человека. Вахта длится 4 часа, то есть каждая смена несет вахту, например, с 4 дня до 8 вечера и с 4 утра до 8 утра, следующие с 8 вечера до полуночи и с 8 утра до полудня и т.д. Всего 3 смены.

Вахта состоит из рулевого матроса, который непосредственно крутит штурвал, Старшего вахты, который отдает команды матросу куда крутить руль и отвечает за весь корабль и вахтенного помощника, который делает записи в судовой журнал, отмечает положение корабля на карте и помогает Старшему вахты.

Старший вахты обычно стоял в левом крыле мостика, где было установлено всё необходимое для навигации оборудование. Три больших рычага посередине — это рукоятки машинных телеграфов, которые управляют частотой вращения винтов. Каждый из них имеет 41 положение — 20 вперед, 20 назад и стоп:

22.

Рулевой матрос. Обратите внимание на размер штурвала:

23.

Радиорубка. Отсюда я посылал фотографии:

24.

На ледоколе огромное количество трапов, включая несколько представительских:

25.

Коридоры и двери в каюты. Сами каюты я уже показывал здесь:

26.

Бар, где мы коротали солнечные белые ночи:

27.

Библиотека. Какие книги там обычно стоят не знаю, так как для нашего круиза книги привезли из Канады и были они все на английском:

29.

Лобби ледокола и окошко ресепшн:

30.

Почтовый ящик. Хотел отправить себе открытку с Северного полюса, но забыл:

31.

Бассейн и сауны:

32.

Спортзал:

33.

Каачалка:

34.

Перед входом в ресторан висел специальный шар со спиртовым раствором:

35.

Посадка была свободная и многие перемещались от одного стола к другому, но мы — шестеро русскоговорящих пассажиров — забронировали себе столик в угли и всегда трапезничали вместе:

36.

Салаты были на шведском столе, а на основное можно было выбрать блюдо из трех вариантов:

37.

38.

39.

Кормили нас высокой кухней. Все повара были привезены из Аргентины. Посуда из Европы:

40.

Что уж говорить, у нас только кондитеров было трое. Эти 3 немца целыми днями только и делали, что творили восхитительные десерты:

41.

Stay Tuned!

P.S. Остальные посты о Северном полюсе можно легко найти по тэгу Северный полюс

P.P.S. Выражаю благодарность компаниям O’Plus и Iridium за обеспечение меня спутниковой связью на Северном полюсе.

Я в Твиттере, Фейсбуке и во Вконтакте. Присоединяйтесь!

Как работает ледокол?

1315
акции

Судоходная отрасль, вносящая значительный вклад в мировую экономику, обслуживает множество клиентов по всему миру. От самых больших контейнеровозов до речных судов, отрасль насчитывает десятки тысяч судов, выполняющих ряд функций.

В то время как большая часть судов используется для грузовых перевозок, значительную часть оставшейся части занимают круизные суда и паромы. Однако есть несколько судов, которые выделяются из большинства благодаря своему уникальному назначению.

В список входят роскошные частные яхты, принадлежащие миллионерам по всему миру, и различные типы морских исследовательских судов. Кроме того, одним из уникальных типов судов в списке являются суда специального назначения – ледоколы.

Поскольку мир сжимается до размеров, меньших, чем мы могли себе представить, имеет смысл задаться вопросом о технологии, которая делает это возможным. Предоставляя доступ даже в самые отдаленные уголки мира, существует технология, от которой действительно захватывает дух. Суда-ледоколы определенно попадут в эту категорию.

Знакомство с технологиями ледоколов можно начать только с понимания природы их гениальности.

Что такое ледокол?

Суда-ледоколы – это особый класс судов , которые предназначены разбивать даже самый толстый лед и делать доступными для мира одни из самых негостеприимных путей, путешествуя по покрытым льдом водам, особенно в полярных регионах. Существенными характеристиками, которые отличают ледоколы от других судов, являются усиленный корпус для сопротивления ледяной воде, специально разработанная форма для расчистки льда, чтобы проложить путь вперед, и исключительная мощность для навигации по морскому льду.

Идея корабля-ледокола витала в воздухе очень давно, с первых дней полярных исследований. Говорят, что еще в 11 веке ледокол работал. Конечно, тогда это были скорее лодки. Более ранние версии ледоколов, известные как «Кочи», были созданы общинами, живущими на побережьях Северного Ледовитого океана.

Разработанный ими корабль представлял собой небольшое одно- или двухмачтовое деревянное судно и использовался для плавания по ледяным водам арктических морей и сибирских рек. Особенности Koch включали пояс из стойкой к льдине обшивки заподлицо для защиты корпуса и закругленных линий корпуса ниже ватерлинии, чтобы помочь судну подняться вверх в случае его сжатия ледяными полями. В последующие века были разработаны новые ледоколы с использованием аналогичных методов проектирования. Даже сегодня их базовая конструкция остается прежней, хотя модернизация, безусловно, сделала их намного более эффективными.

Основные функции ледокола в настоящее время включают расчистку торговых путей в ледяных водах, особенно зимой. Хотя суда, следующие по этим торговым путям, таким как Балтийское море, морской путь Святого Лаврентия, Великие озера и Северный морской путь, предназначены для плавания по ледяным водам, сезонные ледовые условия затрудняют плавание судов. управлять собой.

Таким образом, ледоколы сопровождают коммерческие суда при переходе через эти районы, чтобы обеспечить беспрепятственную навигацию судов. Помимо расчистки прохода для грузовых судов, ледоколы также широко используются для обеспечения исследовательских программ, проводимых в полярных регионах.

Основные характеристики ледокола

Как было сказано ранее, особая конструкция ледоколов делает их пригодными для выполнения ледокольных функций. Прочный корпус – одна из важных особенностей ледокола. Чрезвычайно важна форма корпуса, обладающая низким ледовым сопротивлением и способная выполнять различные маневры в зависимости от требований. Ледоколы с двойным корпусом имеют два слоя водонепроницаемой поверхности на днище и по бортам.

Корпус будет иметь большую толщину по сравнению с другими судами, а сталь, используемая в качестве материала для конструкции, будет иметь прочность, чтобы противостоять низким температурам. Для повышения маневренности в ледяной воде ледоколы имеют наклонный форштевень, иногда закругленный форштевень и наклонные борта. Кроме того, некоторые ледокольные суда имеют корпус, ширина которого в носовой части больше, чем в корме, чтобы увеличить ширину создаваемого им ледового канала.

Точно так же, несмотря на прочный корпус, для эффективного выполнения своих обязанностей судоразборщику также требуется дополнительное усиление конструкции. На самом деле конструкция носовой части ледоколов является важным элементом, поскольку судну необходимо рассекать заполненные льдом воды. В то время как другие суда имеют заостренную носовую часть, носовая часть ледоколов будет иметь более округлую форму, чтобы помочь судну раскалывать лед своим весом, а также преодолевать его.

Заостренный корпус обычного корабля помогает ему рассекать волны и уменьшать трение между кораблем и водой. В то время как старые ледоколы имели обшивку корпуса толщиной до 50 миллиметров, современные суда используют высокопрочную сталь с пределом текучести до 500 МПа, что обеспечивает повышенную прочность при меньшем весе и толщине стали. Сталь, используемая на судах, также эффективно сопротивляется хрупкому разрушению при низких температурах окружающей среды, а также в условиях высоких нагрузок.

Одной из важных особенностей современных ледоколов по сравнению с другими судами является их мощь, позволяющая прокладывать дорогу другим судам в ледяных водах. Будь то угольные или нефтяные пароходы, использовавшиеся в более ранний период, дизель-электрические ледоколы или даже атомные ледоколы, ледоколы обладают значительно повышенной мощностью.

Благодаря двум гребным винтам, установленным на носу и корме, и носовому подруливающему устройству эти суда выделяются из толпы и эффективно маневрируют на льду. Мощные ледоколы класса Polar Береговой охраны США оснащены дизель-электрической и механической двигательной установкой, включающей шесть дизельных двигателей и три газовых турбины мощностью до 13 000 кВт и 45 000 кВт соответственно.

Атомные ледоколы

Атомные ледоколы являются примером новейших технологий, которые были внедрены в ледокольную промышленность, что делает их более подходящими для тяжелой работы, для которой эти корабли предназначены. Суда-ледоколы используются на работах, которые сами по себе не являются кооперативными. Это делает эту работу очень затратной, в первую очередь из-за стоимости топлива.

В среднем ледокол, работающий в таких регионах, как русская замерзшая вода с 3-метровым льдом, потреблял бы более 100 тонн топлива в день — огромные затраты даже для высокодоходных работ, таких как добыча нефти. Здесь на помощь приходят атомоходы. Корабль с ядерной силовой установкой будет использовать менее фунта урана в тех же условиях, что делает его гораздо лучшим вариантом топлива. Кроме того, это устраняет необходимость дозаправки топливом, что является именно тем, что необходимо в уединенных покрытых льдом районах, в которых работают эти корабли. Общая прибыль от атомных ледоколов легко превышает первоначальную стоимость производства.

В настоящее время в России эксплуатируются все атомные ледоколы мира. Первый из них был спущен на воду в 1957 году, а последний введен в эксплуатацию в 2007 году. Россия эксплуатирует восемь атомных ледоколов различного назначения.

Как работает ледокол?

Как было сказано ранее, работа ледокольных судов заключается в их конструкции, модифицированной в соответствии с их особым назначением. Обладая гигантской структурой, с преимуществом в весе, размере и мощности, ледоколы могут плавно скользить даже по льду толщиной 3 метра и пробивать его, прокладывая путь для других судов. Это делает их исключительно полезными машинами в замерзших регионах Арктики и России. Конечно, назвать их «механизмами» было бы фарсом, но, с другой стороны, их можно разумно назвать довольно маленькими по сравнению с кораблями и танкерами, которые выполняют последнюю работу по доставке материала туда и обратно на месте. .

Возвращаясь к тому, как работает ледокол, это из-за конструкции их корпуса. Благодаря носовой части закругленной формы, в отличие от других судов, более гладкая часть ледокола позволяет ему легче скользить по толстому ледяному покрову, значительно уменьшая противодействующие силы. Когда корабль скользит по льду, его вес падает на ледяной щит, раздавливая его.

Гладкая конструкция корпуса помогает отталкивать этот лед с пути корабля, предотвращая его попадание в части корабля и причинение ущерба. Двойная конструкция корпуса обеспечивает целостность корпуса даже в самых суровых условиях. Внешний корпус усилен дополнительными материалами и корпусными полимерными красками, которые придают ему большую прочность и уменьшают повреждения от трения. Итак, корабль движется вперед, лед отталкивается в сторону, и остается путь, по которому могут двигаться другие корабли.

Ограничения для ледоколов

В то время как корабли-ледоколы правят полярными регионами и ледяными водами по всему миру, судам не хватает эффективности за пределами своих конкретных регионов. Небольшой отрицательный аспект этой конструкции заключается в том, что она делает корабли-ледоколы достаточно подходящими для ледокольных работ. Они, безусловно, лучшие в своем деле. Но их особая конструкция делает их совершенно непригодными для обычных водных путей. С закругленным носом ледоколы практически немореходны в обычном море. Когда типичная форма корпуса может противостоять волнам, конструкция ледоколов позволяет волнам обрушиваться на судно с полной силой, что затрудняет маневрирование.

Некоторые модификации конструкции позволили преодолеть эти ограничения в конструкции судов двойного действия. Суда двойного действия снабжены гребными винтами, которые можно поворачивать во всех направлениях, что позволяет судну в обратном направлении создавать достаточную тягу для разрушения льда. Однако это специализированный класс кораблей. До тех пор, пока они не войдут в обиход, ледокольные суда остаются наиболее жизнеспособным вариантом для ледокольных работ.

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Конструктивные соображения при проектировании ледоколов береговой охраны класса POLAR

%PDF-1.7
%
402 0 объект
>>>
эндообъект
399 0 объект
>поток
2012-07-23T14:34:29-04:002008-03-04T13:51:52-05:002012-07-23T14:34:29-04:00wum52d3.tmpapplication/pdf

uuid:777e88ca-fb85-43d3-96a4-2bf2ad159382uuid:825201e0-7848-49d6-9705-372e4f087a5aAcrobat PDFWriter 2.