> Техника, страница 57 > Ледокол

Ледокол

Ледокол, судно, предназначенное для ломки льда и поддерживания зимней навигации. Работа Л. во льду точно математически еще не исследована, так как имеется слишком много привходящих обстоятельств, учесть которые невозможно, например дрейф, сжатие льда и тому подобное. Одним из первых, теоретически обосновавших работу Л. и давших приближенный расчет, каким образом производится ломка льда Л. и какой мощностью должен обладать Л. для разбивания льда определенной толщины, является инж. Р. И. Рунеберг. Существуют два способа, посредством которых может производиться ломка льда, а именно: непрерывным натиском носовой части корабля при ровном его ходе или, при помощи отхода назад, ударом в лед. При этом нос судна поднимается до некоторой высоты и производит в обоих случаях давление, нормальное к поверхности соприкасания судна со льдом. Разлагаем это давление по двум направлениям, а именно— по горизонтальному, параллельному льду, и по вертикальному; первое (горизонтальное) настолько мало по сравнению со вторым, что им можно пренебречь. Для получения наибольшего полезного действия Л. надо по возможности увеличивать вертикальную составляющую. По ф)-ле Рунеберга у _ R COS - /IV /-i

Sin φ ’ ^

где V—вертикальное усилие, действующее на пос судна, в килограммах, R—горизонтальный напор судна в килограммах, N—полное давление на обшивку носовой части судна, перпендикулярное к плоскости соприкасания обшивки носа со льдом, в килограммах, φ—угол, образованный средним уклоном батоксов с поверхностью воды (так называемым угол нападения), /—коэф-т трения, равный 0,05. Далее им же даются:

т, 0,75 PS

К=-_1Г-,

где Р—среднее индикаторное давление на всю площадь поршня цилиндровой машины в килограммах, S—ход поршня в м, Н—шаг винта в м;

_лт R sin φ + V COS φ

^Λ COS β ’

где β—угол между ватерлинией и средним наклоном шпангоута в точке пересечения батокса с ватерлинией. Подставляя эти величины в формулу (1) и заменяя PS=^JVi ₂⁴^⁰-, гдеДГ;—индикаторная мощность в IP и и—число об/м., Рунеберг получает окончательно:

7 =

1687,51Vi (cosycosβ-f sin?) ПН (sin φ COS β+f COS φ)

(2)

Максимальное сопротивление льда этому вертикальному давлению пропорционально квадрату его толщины и некоторой ф-ии от ширины судна В в м. Максимальная толщина льда t в см, ломаемого вертикальным давлением V, выражается ф-лой:

у

Vb

(3)

Зная величину V, можно определить высоту, на к-рую будет поднят нос судна. Этот подъем вызывает уменьшение средней осадки судна, происходящее от сопротивления льда, действующего снизу вверх и равного вертикальному давлению V. Это уменьшение <5 =

= ^, (вж), где А-

-площадь ватерлинии в м³,

γ вес 1 м³ воды в килограммах. Такое уменьшение средней осадки имеет место при предположении, что усилие V, действующее вверх, приложено в ц. т. судна. Если же отнести V в нос на расстояние d, то подъем носа будет равен в м:

^Δ Ay + D-GM’

где L—длина судна между перпендикулярами, GM—продольная метацентрич. высота. В случае действия Л. ударом живая сила судна равна —, где D—водоизмещение в кг, V—скорость судна в м/ск, д—ускорение силы тяжести. Энергия удара налед, считая, что судно остановлено льдом, будет то-

jDu²

же равна —. Эта работа расходуется на:

1) подъем судна, 2) преодоление работы трения при входе судна носом на лед. Руне-берг дает для этого случая кривые (фигура 1), по которым определяют давление V на лед и среднюю потерю осадки судна. Эти кривые строят по следующим данным: кривая АВ—по абсциссам грузового размера; кривая Сд по (и· + Йгм)^{; кривая}

Ch по h_n’= Ах (у_х +.+ у_п + % +·.·+«„),где у—потеря водоизмещения, которая выража

ется длиной отрезка между грузовым размером АВ и вертикалью Се, а Ах является расстоянием между эквидистантными ватерлиниями. Определяя работу, поглощенную ударом, из выражения W=ПН=h_x, откла-

дывают это значение как ординату h_x и получают по фигура 1 :V=y_x и Сг—δ, то есть среднюю потерю осадки судна. Толщина льда ί и подъем носовой части судна определяются из формул (3) и (4) подстановкой найденной величины V. В. И. Афанасьев дает следующую формулу для мощности: Я_г-=0,388п4², где JV,—индикаторная мощность машины, потребная для безостановочного взламывания сплошного льда, v—скорость движения в узлах (узел=1,.853 км в час), d—толщина сплошного льда в см. Последняя формула основана на предпосылке, что h, не имеет перед него винта. Носовые обводы играют большую роль при ломке льда. Отлогие шпангоуты и ложкообразная форма носа полезны для первоначального обламывания льдин, но для дальнейшей ломки льда становятся невыгодными, так как ложкообразный нос (фигура 2) задерживает движение судна: глыба льда, попадая под носовую часть,там остается, к ней прилегает следующая глыба и т. д. до тех пор, пока образующееся перед носом судна разбитое поле льда не задерживает Л. При шпангоутах, имеющих меньший уклон, глыба становится почти вертикально и легче

ватерлинии уступает путь ледоколу. Ложкообразные обводы приняты в речных Л. и оправдывают себя в совершенно пресном речном льде, но в отношении морских ледоколов большинство авторитетов высказывается против ложкообразного носа (лед морской воды считается слабее пресноводного). По расчетам Рунеберга уменьшение угла нападения φ увеличивает значение вертикальной (ледокольной) составляющей V, как видно из следующих данных:

Ni	φ	У
400	39°	1 500
290	24°	2 200
1 200	36°	4 900
1 200	18°	12 300

Ледоколы

«Экспресс»..

«Олаид»..

«Муртайя»..

«Муртайя» (2-й вариант).

Л., выстроенные в Германии для Гамбурга и Вислы, имеют ложкообразные формы носа, и до сих пор в Германии не отказываются от таких обводов. Характерными являются шаровые обводы (Kugel или Kugel-Kreisform). Высказанная С. О. Макаровым мысль о непригодности для Л. цилиндрическ. вставки нашла отражение в немецкой «Kugelform», которая рекомендуется для уменьшения напряжений от давления льда. На фигуре 3 и 4 показано развитие шаровых обводов Л. При отношениях: длины судна к ширине L : В=4, высоты борта к ширине Н : В=7₂ и высоты борта к осадке Я : Т=¹⁰/₇ получаются следующие коэф-ты полноты: а—коэф-т ватерлинии^,687, β—коэф-т мидель-шпангоута==0,695 и δ—общий коэф-т=0,385. Требуя шаро- и кругообразных обводов для получения давления льда не на плоскость, а на точку, герм, теория рекомендует применение так называемых капельных обводов, или соединения головы наваги и хвоста макрели, то есть более полного носа с сужающейся кормой. Отношение длины к ширине для большей поворотливости ледокола делается около 4, причем немецкие авторитеты последнее время рекомендуют держаться этого отношения и не увеличивать его. Инж. Рунеберг полагает, что отношение L : В может быть. увеличено до 6. Ниже приводятся отношения L : В у выполненных ледоколов.

Ледокол	L-.B	Ледокол	L:B
«Экспресс».	6,2	«Красин» (быв.
«Оланд».	5,0	«Святогор»).	4,45
«Тор».	4,0	«Ленин» (б. «Але-
«Эйсбер».	5,3	коандр Невек.»)	4,4
«Древенц».	5,1	«Октябрь» (быв.
«Ермак».	4,5	«Штадт Реваль»)	3,8
«Трувор».	4,3

Борта Л. делаются в подводной части с уклоном для уменьшения давления льда на корпус судна. Рунеберг рекомендует делать уклон около 5°, но не больше 11°, Макаров же, учитывая напор льдов и необходимость уменьшения давления Л. на стенки Морского канала в СПБ и борта встречных пароходов, сделал уклон бортов на Л. «Ермак» равным 20°. Увеличение уклона бортов ухудшает мореходные качества ледокола, но, с другой стороны, улучшает сопротивляемость сжатью льдами; соответственно заданию необходимо варьировать уклон бортов между 5 и 20°. Доводы Ру-· неберга основываются на тех соображениях, что при сильном уклоне бортов нельзя достигнуть нужного водоизмещения без значительного увеличения размеров судна, а следовательно и длины его, что уменьшает в свою очередь поворотливость судна—одно из самых важных качеств Л. Сверх того ухудшаются мореходные качества, т. к. суда с наклонными у ватерлинии бортами имеют сильную боковую качку («Ермак», «Красин») и легко зарываются на ходу. Учитывая соображения указанных авторитетов, можно считать, что больший уклон бортов необходим Л., испытывающим сильное сжатие льдов. Для Л., работающих не в полярных льдах, весьма выгодно иметь передний винт в дополнение к кормовым. Случайно открытый американцами способ размывания льдин струей воды от винта нашел себе применение во многих случаях. Действие переднего винта следующее: при обыкновенном сплошном льде передний винт, всасывая воду из-под льда, образует под ним пустоту и способствует обламыванию льда,под давлением набегающего корпуса Л. Когда Л. подходит к торосу, передний винт переводится на задний ход и струя воды, отбрасываемая на нижние льдины тороса, выворачивает их и отбрасывает вперед. Передний винт делается меньшего диаметра и с меньшим шагом, чем кормовые винты.

Самые большие Л. в мире принадлежат СССР: «Ермак», «Красин» (б. «Святогор») и «Ленин» (б. «Александр Невский»), Л. «Царь

Михаил Федорович» отошел к Финляндии. Самым старым по постройке (1889 г.) и в то же время самым лучшим по своей работе является «Ермак». Первоначально «Ермак» имел передний винт, но благодаря значительной силе сжатия полярных льдов, для работы в которых «Ермак» гл. обр. предназна-I чался, и наличию слабых мест корпуса у переднего винта в виде неизбежных вертикальных участков борта, легко поддающихся силе давления льда, передний винт был снят и носовой части был придан тот вид, в к-ром она существует по настоящее время (фигура 5). Некоторые данные о h, «Ермак» (фигура 6) приведены ниже: длина между перпендикулярами 97,53 м; наибольшая ширина 21,79 м; глубинаинтрюма12,95 м; осадка по грузовую мар

Фигура з. ку 7,28 м; уклон от вертикальной линии: форштевня 70°, ахтерштевня 65°, бортов 20°, остальной подводной части—от 20 до 70°; в надводной части борта завалены внутрь (для уменьшения веса корпуса и отчасти сохранения площади ватерлинии при крене). Ледяной пояс идет на 0,61 метров выше средней палубы и на0,61жниже непроницаемого стрингера. Вертикальные швы наружной обшив

жадха^О,71

Фигура 4.

ки (стыки) сделаны вгладь, горизонтальные (пазы) внакрой с высадкой. Такие высадки были впервые применены на «Ермаке» и лишь впоследствии вошли в практику коммерческого судостроения. Из фигура 7 видно, что двойное дно продолжается вверх и составляет второй борт, имеющий аркообраз-

ную форму. Двойное дно идет от 30-го до 122-го шпангоута. Вдоль бортов идут?про-дольные переборки, служащие угольными ямами или креновыми цистернами для ломки льда путем перекачивания воды с борта на борт. Шпации=0,610 м, по ледяному поясу

поставлены промежуточные шпангоуты. Палуб всего 4, ниже идет бортовой широкий стрингер. Л. разделен 8 водонепроницаемыми переборками на 9 отсеков. В носовой отсек возможно пускать теплую воду из машины для нагревания бортов и уменьшения прилипания их к смоченному снегу (уменьшение трения). Для погрузки угля и груза на палубе поставлено 6 паровых кранов в

2,5 и 7 тонн В носу расположены каюты судовой администрации и пассажиров, кают-компания и н; в корму идут кубрики для матросов и машинной команды, а также отдельные каюты для низшего комсостава, лазарет и кладовые. В носовой же части расположен грузовой трюм на месте снятой носовой машины. Главных машин три по 2 500 индикаторных сил, всего 7 500 Для предупреждения засорения кусками льда кингстонов циркуляционных помп поставлены специальные «ледяные ящики», которые в случае забивания льдом их решетки автоматически прочищаются теплой водой из холодильника. Кроме того ледяные ящики могут отепляться при посредстве специального парового отопления. Размеры винтов следующие:

Средний Правый и винт левый винты

Диаметр в м.. 4,270 4,270

Шаг в м.. 4,270 4,425

Число лопастей. 4 4

Лопасти—съемные, на болтах; толщина лопастей вдвое больше, чем требуется классификационными обществами. На ледоколе име ется 10 главных котлов (поставлены новые в 1926 году Балтийского завода в Ленинграде) с общей поверхностью нагрева 2 170 м², рабочего давления 13 atm. Котлы огнетрубные цилиндрич. горизонтальные, с обратным ходом дыма. Водоотливная система устроена так, что можно из любой цистерны перекачать воду в другую. Спасательная помпа Вортингтона (10 т/м) изолирована в отдельном помещении в середине судна. Кроме спасательной помпы для осушения главных отделений приспособлены 4 циркуляционных машинных помпы, а также пожарные и трюмные помпы. Переборки жилых помещений установлены от бортов на расстоянии до 300 миллиметров, с прослойкой войлока и пробкового порошка по борту. В корме Л. сделана вертикальная выемка, чтобы следующее за Л. судно могло своим форштевнем упереться в выемку и быть взято ледоколом на буксир (т. н. «тендем»). Набор «Ермака»: шпангоуты состоят из трех угольников: 175x90x14, 175 х 90 х 14 и 75 х 75 х 14 миллиметров; флоры—высотой 1 070 миллиметров и толщиной 11 миллиметров; днищевые стрингера—11 миллиметров с угольниками 90x90x11; бортовые стрингера состоят из угольников 175х90х 13 и листа 12,5 миллиметров. Палубы положены на бимсы—угольник 90x90x11 миллиметров; палубные стрингеры—12,5 миллиметров с угольниками 125 х 125×14; палубная настилка—11 миллиметров и верхняя палуба—деревянная в 75 миллиметров. Наружная обшивка: толщина увеличивается с 24 миллиметров у килевого листа до 35 миллиметров у двойного ледяного пояса и выше снижается до 9,5 миллиметров. Ледяной пояс поставлен двойной, без утяжеляющих клиновых прокладок. Расчет прочности носовой части велся на 1 200 тонн В виду производимого льдом давления на

обшивку по нормали к ней, палубы у бортов скошены под углом почти в 45° и угол перелома подкреплен особыми продольными переборками, как это представлено на фигуре 8.

Фигура 7.

На фигуре 9 показан наборный мидель-шпангоут Л. «Ленин». Другие Л., меньших размеров, имеют также продольные ледяные пояса из двойных листов (например перестроенная «Пурга») с обязательными бортовыми

Фигура 9.

стрингерами на уровне грузовой ватерлинии. По образцу и чертежам прототипа всех Л.—кронштадтского «Пайлота», перестроенного по идее судовладельца Бритнева в 1864 г., в 1871 г. в Гамбурге были выстроены небольшие наиболее характерные работающие и в настоящее время портовые Л. «Эйс-брехер Ь, а за ним «Эйсбрехер II», «Эйсбре-хер III» и «Эйсбер».

Таблица 1,—Р аз меры ледоколов.

Характерные - данные	1 О) с. 1C Ю О М g а со о « и	1 « С-м юм о 5S Λ «58	с. а> о JS со «	х. х£~ а - <5 s s 1
Длина, метров.	40.5	44.0	29,5	20,0
Ширина, метров.	9 75	10.67	6.00	5,0
Высота борта, метров.	5,00	5.75	2,80	2,00
Осадка, метров.	3.45	4,10	1,60	1,80
В одой вмещение, т.	570	860	170	850
Мощность, НV.	600	1 200	800	235

Толщина обшивки этих ледоколов доходит до 8 миллиметров. Форштевень—ледокольного типа с утопленной в нем обшивкой (фигура 10). На уровне грузовой ватерлинии поставлен бортовой стрингер из двух угольников с деревянной прокладкой между шпангоутами (фигура 11).

Речные Л. должны иметь по возможности небольшую осадку и иметь гребной винт(а не колеса, которые были с неудачей испробованы в Германии). Германские речные Л. строятся с средней осадкой 0,53 ж и мощностью около 350 IP, нос имеет ложкообразную форму, подъем килевой линии к форштевню начинается с середины длины судна. Назначение речных Л.—заблаговременно очищать реки от льда и не давать ему застаиваться и образовывать торосы. В Германии употребляют для ледокольной службы также и буксиры обыкновенной постройки и обводов, для чего инж. Ведерманом построено специальное присп особление, патент ованный «башмак Ведермана». Последний представляет собой короткое широкое судно с ложкообразной передней частью и раздвоенной кормой. Для производства работ такой башмак ставится впереди парохода, нос которого вводится в раздвоение кормы башмака и закрепляется там при помощи особых тисков. С таким приспособлением пароход ударяет в лед и ломает ледяное поле давлением сверху вниз; пароход при работе сотрясениям не подвергается. П р и м е р; размеры башмака— 22,86x13,71x1,88 ж; башмак поставлен на пароход длиной 30 ж с машиной 250 БР<; пароход ломает этим башмаком лед толщиной 0,3 ж со скоростью 2 узлов.

Ледорезы относятся к той группе судов, которые ломают лед непрерывным натиском носовой части при ровном ходе корабля, причем всхожесть носовой части на лед незначительна и лед ломается раврезываю-щим усилием форштевня. Ледорезы могут работать во льду незначительной толщины и форштевень их не имеет того подъема, о к-ром было сказано выше. К таким ледорезам относится у нас «Федор Литке». Главные размеры важнейших ледоколов и ледорезов, принадлежащих СССР, приведены в таблице 2.

Особо стоят Л.-поромы, предназначенные для перевозки поездов. Такие Л.-поромы поддерживают ж.-д. сообщение между Швецией, Данией и Германией, а также на аме-рик. Великих озерах—Мичиган, Эри и т. д. В конце прошлого века был построен Л.-порой для Байкала; с 1896 г. Л.-порой перевозил поезда через Волгуу Саратова. Отличительной чертой этих Л. (является передний винт. Мощность америк. Л.-поромов, с двумя кормовыми и одной носовой машиной ок. 4 000 ЕР,·. Нек-рые Л.-поромы имеют до 4 пар рельсов. Большие Л. берут до 30 вагонов, и погрузка такого поезда занимает 20 м„ причем вагоны крепятся к корпусу Л.-поро-ма особыми приспособлениями.

Кроме специально предназначенных для ломки льда Л. имеют право плавания во льдах суда, предназначенные для коммерч. эксплуатации и имеющие специальные подкрепления для такого плавания. Требуемые для этого специальные подкрепления указаны в правилах постройки классификационных обществ. При выдаче классифик&цион“

Название	Порт при писки		Длина, At	Ширина, At	Глубина ин-трюма, м	Осадка, At	Число главн. маши в	Мощ ность, н><	Число котлов	Поверхн. нагр. (м2) и давл. (atm)	Год постройки
«Ермак»..			97,53	21,79	12,95	7,28	3	7 500	10	2 170	1899, кот-
		t=£								13	лы 1926
«Красин» (б. «Святогор») ..		сЗ	96,93	21,8	12,88	7,92	3	10 000	10	2 564	1917
		ft								12
«Ленин» (б. «Александр Невский»).		Гч	85,65	19,47	10,01	6,55	3	8 000	8	1 722	1916
«Трувор».		• к.	52,30	12,27	7,94	6,40	1	3 200	4	800	1916
		к								13,5
«Октябрь» (б. «Штадт Реваль»).			45,11	11,86	5,36	—	1	1 600	2	432 8	1895
«Силач» ..		<х>	46,94	10,12	5,26	3,70	1	1200	2	330	1910
		ч								12
«Пурга»..			55,40	9,45	5,73	4,88	1	3 200	4	800.	1916
										13,5
«Торос»..		* i	60,40	14,20	7,68	—	1	3 000	4	724	Достр.1929
										13
«Федор Литке» (б.«Earl		° 1									1909
Grey»)..		(=£ 1	76,2	14,54	8,37	6,42	2	7 000	4	1396 12
«С. Макаров».			71,93	17,37	8,45	6,76	3	6 500	6	1360	1916
							(одна носов.)			12
•

ными учреждениями сертификатов, в последних, в случае наличия таких специальных подкреплений, делаются отметки «E» (Eis), «Л» (лед) или «Strengthened for Navigation in Ice», дающие известные скидки с премий при страховании «каско» и «карго». Выстроенная в 1926 году фирмой Русс серия немецких грузовых пароходов специально для зимнего плавания, на класс Герм. Ллойда со знаком «Е», имеет промежуточные шпангоуты по всей длине судна, бортовые стрингеры до середины судна, считая от форштевня, крейсерскую корму с острым ахтерштевнем, равным по размерам форштевню, дляломки льда при заднем ходе. Диаметр баллера руля увеличен на 30%. Все вновь строящиеся в СССР морские пассажирские и грузовые суда имеют подкрепления для плавания во льдах.

Лит.: Макаров С. О., «Ермак» во льдах,

СПБ, 1901; Рунеберг Р., О пароходах для зимнего плавания"п о ледоколах, пер. о англ., «Сборн. Ин-та инж. путей сообщ.», СПБ, 1890, вып. 17; его ш е, О возможности установления зимнего судоходства в С.-Петербурге, СПБ, 1893; Макаров С. О. и Рунеберг Р., О постройке ледоколов, СПБ, 1898; Войткевич М., Ледокольное дело в германской постановке, Петербург, 1913; Регистр Союза ССР, Правила постройки морских стальных судов, Москва, 1930; RunebergR., Steamers for Winter Navigation a. Ice-Breaking, L., 190 0; Runeberg R., «Minutes of Proceeding of the Institution of Civil Engineers», L., 1899—1900, v. 97; Judaschke F., Konstruktionsbedingungen filr die im Eisgang u. Eis-brechdienst zu verwendenden Schiffe, «Werft, Reederei, Hafen», Berlin, 1929, H. 2; Lloyds Register of Shipping, Rules and Regulations for the Construction and Classification of Steel Vessels, L., 1928— 1929; Germanischer Lloyd, Vorschriften filr Klassifikatlon und Bau von flusseisernen Seeschiffen, Berlin, 1928—29. Ю. Афанасьев.