Буксировка аварийного судна в ледовых условиях

5

Содержание

• Введение
• 1. Краткий анализ ледовых условий на основных транспортных путях
• 1.1 Распределения льда в мировом океане
• 1.2 Льды северного полушария
• 1.3 Льды южного полушария
• 1.4 Мониторинг ледовой обстановки
• 2. Самостоятельное плавание транспортного судна во льдах
• 2.1 Плавание в зоне вероятной встречи со льдом
• 2.2 Вход судна в ледовую зону
• 2.3 Выбор благоприятного пути во льдах
• 2.4 Скорость ледового плавания
• 2.5 Счисление пути судна во льдах
• 3. Определение сопротивления движению судна во льдах и скорости буксировки
• 3.1 Общие положения
• 3.2 Расчет упора винта буксировщика
• 3.3 Расчет сопротивления судов
• 3.4 Чистое ледовое сопротивление движению судна в битых льдах
• 3.4 Определение максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке
• 4. Разработка буксирного устройства и кранцевой защиты для обеспечения буксировки аварийного судна транспортным судном
• 4.1 Буксирное устройство на ледоколах
• 4.2 Необходимые составляющие
• 4.2.1 Выбор буксирного троса
• 4.2.2 Элементы кранцевой защиты
• 4.2.3 Блок конструкции С.В. Николаева
• 4.3 Сборка кормовой кранцевой защиты
• 4.4 Выводы по произведённым расчётам
• 5. Организация и технические мероприятия взятия аварийного судна на буксир и проводка его по ледовому каналу
• 5.1 Предварительная подготовка
• 5.2 Взятие на буксир, крепление и отдача буксира
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

Введение

Надо признать, что для ледового плавания требуется специальная подготовка. С распадом Балтийского морского пароходства численность российских капитанов, совершающих рейсы в водах Балтики, существенно сократилось. Именно они имели опыт ледового плавания. Сегодня первенство носителей знаний ледового плавания принадлежит капитанам ледоколов. Но эти знания имеют скрытый характер. Для перевода их в разряд явных знаний требуется, чтобы они были, как минимум, опубликованы.

Ледовая аварийность во многом зависит от опыта капитанов и старших помощников проводимых судов. Часто в арктическое плавание направляют людей, ранее во льдах не работавших. Такие судоводители стараются вести плавание осторожно и чаще всего действуют неправильно (с точки зрения тактики ледового плавания), подвергая судно повышенному риску.

Недра российского шельфа арктических морей (за исключением Восточно-Сибирского и Чукотского) содержат более 75% от НСР углеводородов, оцененных на шельфе всех морей страны. При существующих в настоящее время способах добычи нефти и газа в прибрежных районах арктических морей, танкерные перевозки можно считать главным, а порой и единственным способом доставки нефти из района промысла на перерабатывающие предприятия и береговые терминалы. О вероятности возникновения аварий танкеров свидетельствуют статистические данные, характеризующие общее состояние аварийности российских судов, плавающих под российским флагом за десятилетний период.

Немаловажно учитывать большое количество промысловых судов, работающих в районах заполярья.

Также при анализе аварийности судов за последние 10 лет отчётливо прослеживается увеличение количества аварийных случаев в осенние и зимние месяцы, обусловленное ухудшением условий плавания (в т. ч. ледовой обстановкой). В 2008 году 75% аварийных случаев, связанных с посадками судов на мель произошли в ледовых условиях.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что аварийность транспортного флота в условиях ледового плавания довольно высока. Очевидно, что проблема буксировки в ледовых условиях актуальна.

Далеко не всегда имеется возможность использовать для буксировки специально оборудованный ледокол, а буксировка посредством транспортного судна влечёт за собой ряд задач, определение и решение которых является целью моей дипломной работы.

Основные задачи дипломной работы:

выбор методики расчёта, позволяющей в судовых условиях принять решение о возможности аварийной буксировки для конкретной ситуации;

техническая реализация комплекса мероприятий, позволяющих произвести буксировку аварийного судна в ледовых условиях транспортным судном.

1. Краткий анализ ледовых условий на основных транспортных путях

1.1 Распределения льда в мировом океане

Границы возможного ледового плавания в Мировом океане определяются пределами распространения льда в океане, его сезонными и многолетними колебаниями. В связи с этим рассмотрим кратко географические закономерности распространения льда отдельно в северном и южном полушариях.

Предварительно заметим, что в настоящее время морские льды занимают в среднем за год 23,74 млн. км2, или 6,6% всей площади Мирового океана, из них 12,65 млн. км2 (53,2%) приходится на северное полушарие и 11,9 млн. км2 (46,8%) - на южное. Максимальную площадь льды в Мировом океане занимают в октябре (27,74 млн. км2), минимальную - в марте (18,73 млн. км2).

Рисунок 1.1 - Сезонные изменения средних площадей льда (S)

В течение года площади льдов в северном и южном полушариях изменяются в противофазе (рис.1), т.е. максимальной площади льда в северном полушарии в марте (16,11 млн. км2) соответствует их минимальная площадь в южном (2,62 млн. км2). В сентябре наблюдается обратная картина: при минимальной площади льда в северном полушарии (7,95 млн. км2) его площадь в южном становится максимальной (18,82 млн. км2). Из приведенных цифр видно, что в зимний период площадь морских льдов в южном полушарии больше, чем в северном (на 2,71 млн. км2), а в летний период площадь льдов в южном полушарии меньше, чем в северном (на 5,33 млн. км2). Амплитуда сезонных колебаний площади морских льдов в северном полушарии составляет 8,16 млн. км2, что почти в 2 раза меньше, чем в южном (16,20 млн. км2). Столь большая разница в амплитудах объясняется тем, что в северном полушарии значительная площадь льда располагается вокруг Северного полюса, где существенно снижается приток солнечной радиации.

1.2 Льды северного полушария

Особенности географического распространения морских льдов в северном полушарии в марте и сентябре показаны на рисунке 1.2:

Рисунок 1.2 - Распространение морских льдов в северном полушарии: 1 - в сентябре; 2 - в марте

В летний сезон морские льды в северном полушарии располагаются, главным образом, в Северном Ледовитом океане и лишь узкой полосой - вдоль юго-восточного побережья Гренландии, т.е. уже в водах Северной Атлантики. Как это видно на рис.1.2, даже летом распространение льда в Северном Ледовитом океане весьма неравномерно во времени. В июне северные побережья полностью блокированы льдом. Затем таяние заставляет кромку льдов постепенно отступать на север. В отдельные годы в ряде районов (как правило, в восточных частях морей Карского и Лаптевых) она выходит за пределы 80-й параллели. Бывают годы, когда арктические побережья вовсе не освобождаются ото льда - это время от времени происходит в восточной части Карского моря, в море Лаптевых, Восточно-Сибирском, Чукотском и Бофорта морях, а также в ключевых проливах Северо-Западного прохода. В такие годы возможность мореплавания в этих районах полностью зависит от уровня ледокольного обеспечения.

В конце сентября - начале октября фронт образования молодого льда смещается к югу, начинается увеличение площади морских льдов. Первоначально в октябре - декабре приращение площади морских льдов происходит в основном в Северном Ледовитом океане (рис.1.3).

Рисунок 1.3 - Сезонное приращение площади льда (S)

Когда льды в Арктике достигают берегов, приращение площади льда почти прекращается. В январе - марте увеличение площади морских льдов в северном полушарии происходит уже в тихоокеанских морях - Беринговом, Охотском, Японском, в районах Северной Атлантики, Балтийском, Черном, Азовском и Каспийском морях.

Отличительная особенность распределения льда в северном полушарии в зимний сезон - значительное распространение льда на юг у западных побережий Атлантического и Тихого океанов (см. рис.1.3). Так, в Атлантике морские льды можно встретить до широты 46° (район Ньюфаундленда и залива Св. Лаврентия), а в Тихом океане - вдоль азиатского побережья - до широты 43°, причем здесь отдельные бухты и заливы замерзают до широты 37°. Вместе с тем у восточных побережий океанов граница морских льдов располагается в более высоких широтах. Например, в разгар зимы западнее архипелага Шпицберген можно беспрепятственно достичь широты 80°, в Тихом океане по меридиану 180° - широты 60°.

Столь значительная асимметрия в распределении льдов между западными и восточными частями Атлантического и Тихого океанов обусловливается, главным образом, особенностями атмосферной и океанической циркуляции. Воздействие Исландского и Алеутского минимумов атмосферного давления определяет у западных побережий океанов преобладание ветров с северными составляющими, в результате увеличивается перенос холода из Арктики, стимулирующего ледообразование. Эти же ветровые потоки способствуют дрейфу льда на юг. Эти процессы у западных побережий океанов усиливаются благодаря тепловому и динамическому влиянию холодных морских течений: Восточно-Гренландского и Лабрадорского течений - в Атлантике, течения Оя-Сио - в Тихом океане. У восточных побережий океанов на процессы ледообразования воздействуют порожденные Исландским и Алеутским минимумами атмосферного давления ветровые потоки с южными составляющими, а также теплые течения - Северо-Атлантическое и Куро-Сио.

Масштабы ледового плавания зависят не только от площади распространения морских льдов, но в первую очередь от их толщины. Распространение льдов разной толщины в северном полушарии весьма неравномерно как в пространственном отношении, так и во времени. В центральной части Северного Ледовитого океана примерно в районе полюса относительной недоступности (точка, равноудаленная от всех побережий Арктического бассейна (77° с. ш., 150° з. д) находится центр ядра ледяного покрова - наиболее устойчивые во времени многолетние и двухлетние льды толщиной более 2,5 - 3,5 м; их площадь составляет соответственно 3,6 и 3,2 млн. км2.

Эти оценки пока предварительны, они учитывают не только льды Арктического бассейна, но и акваторий, прилегающих к восточному побережью Гренландии. Сюда многолетние льды поступают из Арктического бассейна в системе трансарктического течения, распространяющегося от Берингова пролива через Северный полюс к проливу Фрама (между Шпицбергеном и Гренландией). В самом центре антициклонического круговорота (рис.1.4) льды в течение многих лет могут не выноситься из Арктического бассейна. Возраст некоторых из них, согласно расчетам, - около 20 лет. Эти льды, называемые канадским паком, по мощности превосходят многолетние льды на периферии антициклонического круговорота и в системе трансарктического течения.

Рисунок 1.4 - Схема генерального дрейфа льда в Северном Ледовитом океане

При устойчивых неблагоприятных синоптических ситуациях в отдельные годы многолетние льды в виде отрогов смещаются в районы традиционного ледового судоходства: проливы Канадского арктического архипелага, прибрежные трассы моря Бофорта, пролива Лонга, восточной части Восточно-Сибирского моря. Иногда эти льды устремляются на юг вдоль восточного побережья Северной Земли, блокируя восточные подходы пролива Вилькицкого.

С внешней стороны ядра многолетних арктических льдов располагается пояс однолетних льдов, образование которых начинается в осенний период. К концу зимы толщина этих льдов превышает 2м. По направлению к границе чистой воды толщина льдов постепенно уменьшается. По краям ледяной арктической шапки, окаймляя ее по всему периметру в виде узкой ленты, находятся молодые льды. Конечно, схема распределения льда по толщине, изложенная нами, весьма приближенна. На самом деле общая картина каждый год выглядит гораздо сложнее. На нее влияют господствующие ветры и течения, географическое положение побережий и островов, распространение неподвижного льда вдоль берега (припая). И тогда появляются заприпайные полыньи и прогалины - пространства чистой воды или молодых льдов за кромкой припая.

В замерзающих неарктических морях - Балтийском, Черном, Каспийском, Азовском и дальневосточных, Гудзоновом заливе схема распределения льда по толщине также достаточна сложна. В этих морях концентрируются льды не старше одного года. Так как ледообразование в этих морях начинается в первую очередь у побережий, где мелководно и море выхолаживается быстрее, то толщина льдов здесь увеличивается не только с севера на юг, но и от берега в сторону открытого моря. Учитывая сравнительно незначительные пространства замерзающих неарктических морей, а значит, небольшие горизонтальные градиенты температуры воздуха с севера на юг, в большинстве случаев эффект мелководий в формировании распределения льда проявляется сильнее. На льды замерзающих неарктических морей оказывают воздействие господствующие ветры и течения. Поэтому в этих районах также повсеместно встречаются прибрежные и заприпайные полыньи, обширные разводья среди сплошных льдов и т.п. Особенности такого рода всегда можно увидеть на картах распределения льда или при плавании в этих морях в холодный период года.

Представление о распределении льда в морях Северного полушария не будет полным, если не упомянуть об айсбергах, встречающихся на значительных их пространствах и преподносящих пренеприятные сюрпризы мореплавателям. Согласно современным оценкам ученых, ежегодный "выпуск продукции" арктических ледников в виде айсбергов составляет 4,7х1017 г, из них 4,6х1017 г, или 98%, приходится на Гренландию. Остальные 2% айсбергов зарождаются на других арктических островах - главным образом Шпицбергене, Земле Франца-Иосифа и Новой Земле. Наибольшую опасность для мореплавания представляют гренландские айсберги, которые в системе Лабрадорского течения выносятся в Атлантику на трассы интенсивного судоходства.

"Родина" североатлантических айсбергов - преимущественно западное побережье Гренландии, где ежегодно в среднем образуется около 7,5 тыс. крупных айсбергов. Из них около 5,5 тыс. откалывается от ледников залива Мелвилл и бухты Диско, причем только один ледник Якобсхавн "дает жизнь" более чем тысяче айсбергов. Пути движения большей части западногренландских айсбергов весьма необычны. Сначала течением они увлекаются вдоль побережья на север к проливу Смита, здесь их разворачивает на юг и вдоль восточного побережья Баффиновой Земли и пролива Лабрадор они выносятся в район Большой Ньюфаундлендской банки. На этот путь в среднем уходит около 3 лет. Если в начале "своей жизни" высота западногренландских айсбергов достигает примерно 60 м, то к югу от Ньюфаундленда - около 30 м.

В отдельные годы айсберги достигали широты 39°50'. Такая же картина наблюдается и по долготе. Так, если к востоку от острова Ньюфаундленд на долготе 60° среднегодовое число айсбергов принять за 100%, то на долготе 58° оно составит 96%, на 56° - 90%, на 54° - 60%, на 52° - 36%, на 50° - 22%, на 48° - 6% и на 46° - 1%. Число айсбергов в районе Ньюфаундленда (48° с. ш) от года к году существенно меняется (от 10 - в 1924 г. до 1351 - в 1929 г), но в среднем оно составляет 400. Наибольшее их число приходится на май, наименьшее - на ноябрь-декабрь (рис.1.5). Другими словами, около 80% айсбергов пересекает 48-ю параллель в апреле - июле.

Рисунок 1.5 - Сезонные изменения количества айсбергов (N) к югу от о-ва Ньюфаундленд

В водах северного полушария с точки зрения возможностей ледового плавания можно выделить пять принципиально различных зон:

центральную часть Северного Ледовитого океана, где льды сохраняются в течение всего года;

моря Северного Ледовитого океана (кроме южной части Баренцева моря), заливы и проливы Канадского арктического архипелага, воды у юго-восточного побережья Гренландии - эти районы очищаются ото льдов, но не ежегодно или не полностью, льды здесь можно встретить в отдельные годы в летний период;

юго-восточные районы Баренцева моря, Белое море, северные районы Японского, Охотского, Берингова, Каспийского морей, Дейвисов пролив, заливы Гудзонов и Св. Лаврентия - льды здесь образуются каждую зиму, но летом полностью исчезают;

открытые районы Балтийского моря, южную часть Северного моря, отдельные акватории Баренцева моря, северную часть Желтого моря, воды у побережий Среднего и Южного Каспия, Азовское море и северо-западную часть Черного моря - в этих районах лед образуется не ежегодно, порою один раз в 25 - 30 зим;

воды Северной Атлантики к северу от параллели 40° и к западу от меридиана 45°, где можно встретить айсберги.

В первой зоне (лишь в отдельных ее районах) активное плавание осуществляли только ледоколы. Во второй зоне, за исключением юго-западной части Карского моря, ледовое плавание преимущественно под проводкой ледоколов осуществляется в летний период. В третьей зоне ледовое плавание проходит только в зимний период, причем значительную часть времени без ледокольного обеспечения; в четвертой зоне - лишь в отдельные годы и в большинстве случаев без ледокольного обеспечения. В пятой зоне суда плавают всегда самостоятельно, но при этом от судоводителей требуется соблюдение предельной осторожности, ибо встречи с айсбергами могут кончиться тяжелыми катастрофами.

1.3 Льды южного полушария

Принципиально иначе распределены льды в океане южного полушария. Здесь нет характерной для северного полушария асимметрии в распространении льда у восточных и западных побережий океанов. Льды южного полушария, опоясывая Антарктиду на всем ее протяжении, внешней кромкой в любое время года ориентированы в основном в широтном направлении (рис.1.6). Обусловлено это главным образом наличием у берегов Антарктиды прибрежного антарктического течения западного направления, формирующегося под воздействием восточных ветров. В отдельных районах антарктическое течение прерывается рядом циклональных циркуляций, складывающихся вследствие стационирования атмосферных депрессий в прибрежных районах Антарктиды - морях Уэдделла, Лазарева, Рисер-Ларсена, Космонавтов, Содружества, юго-западной части моря Росса, северной части моря Амундсена, северо-восточной части моря Беллинсгаузена районе островов Баллени.

1 - в марте; 2 - в сентябре; 3 - граница антарктической конвергенции

Рисунок 1.6 - Распространение морских льдов в южном полушарии

Наличие циклональных циркуляции оказывает значительное влияние на формирование ледовых условий в Антарктике: способствует выносу льда, образованию полыней в одних районах и формирует ледяные массивы в других (рис.1.7).

В целом для антарктических льдов характерен генеральный выносной дрейф, т.е. дрейф льда от побережья. Дрейфуя в северные, более теплые районы океана льды интенсивно тают. Вот почему в Антарктике встречаются в основном однолетние и молодые льды, лишь редко в отдельных районах, где формируются устойчивые ледяные массивы, можно встретить двухлетние и многолетние льды. Самые крупные массивы расположены в водах Западной Антарктики: Атлантический массив в море Уэдделла и Тихоокеанский массив в морях Беллинсгаузена и Амундсена. В летний сезон в этих районах наблюдается наибольшее количество льда.

Образование молодого льда начинается в Западной Антарктике во второй половине января, в начале марта - в Восточной Антарктике. Нарастание молодого льда происходит весьма интенсивно, и ледообразование быстро распространяется на север.

Наибольшую площадь в Антарктике льды занимают в сентябре, когда максимальная ширина пояса дрейфующих льдов составляет 1200 миль (море Уэдделла), минимальная - 300 миль (пролив Дрейка).

В течение зимы в прибрежной зоне Антарктиды устанавливается припай, преобладающая ширина которого составляет 15 - 25 миль, изменяясь в пределах от 1 до 50 миль. В октябре-ноябре припай достигает максимальной толщины - 120-200 см.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5