Судно без балласта. Основы технологии и проекты

В связи с вводом в действие документа ММО "Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими" (принят 13 февраля 2004 г.; введен в действие 8 сентября 2017 г.), с очень жесткими требованиями к обработке балластной воды актуальной становится  тема безбалластных (free-ballast) судов. Альтернативой является установка дорогостоящих и занимающих полезный объем систем обработки балластной воды, удовлетворяющих требованиям данного документа. Ввод данной Конвенции ММО в действие потребует в течение пятилетнего периода переоборудования (установки систем обработки балластной воды) 70 тысяч судов. Основной опасностью использования балластной воды считается воздействие на экологию за счет переноса морских организмов с балластной водой из одной экосистемы в другую. 

Существуют три основных проекта разработки безбалластных судов:

• Концепция университета Delft University of Technology (DUT) под названием "Monomaran Hull" (однокорпусное судно).

• Концепция классификационного общества Det Norske Veritas(DNV) под названием ‘Volume Cargo Ship’ (объемное грузовое судно)

• Концепция компании Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering (DSME) под названием "Solid Ballast Ship" (судно с твердым балластом).
 

1. Концепция "Monomaran Hull" - для судна порожнем (без балластной воды) требуется соответствующая остойчивость. Концепция DUT предлагает однокорпусное судно с широким корпусом и обводами катамарана в днищевой части. 

2. Концепция "Volume Cargo Ship" - классификационное общество DNV предлагает  проект аналогичный проекту DUT, но с корпусом с обводами тримарана, повышающими остойчивость судна.

3. Концепция "Solid ballast ship" - в этом случае балластная вода заменяется 25 т твердого балласта в стандартных контейнерах. Однако применение данной технологии ограничено только контейнеровозами. Обводы корпуса (размерения) остаются теми же самыми.
 

Другое техническое решение данной проблемы предлагает концепция "Yokohama buoyancy control compartment", согласно  которой обычные балластные танки переоборудуются в отсеки контроля плавучести.  
 

Рис.1.  Сравнение традиционного способа балластировки со способом, используемым на безбалластном судне. Источник

Conventional method - судно с обычным балластом; Ballast free method - безбалластное судно; Lightship - судно порожнем; Unladen voyage - судно в балласте; Pipes open to sea - тоннели, заполняемые забортной водой; W - вес; B - выталкивающая сила.

 

При этом каждый отсек заполняется водой для придания судну необходимой осадки при плавании порожнем, а потом в нем благодаря наличию входного и выходного отверстий постоянно происходит замена воды при обычном плавании в грузу, за счет движения судна, чтобы обеспечить эффективную смену воды без необходимости использовать насосы. Таким образом, перенос организмов из одной экосистемы в другую исключается. 

   

Суда с проточным балластом (Ballast Free Ship - BFS)

 

При движении судна в районе носа образуется область повышенного давления, а в районе кормы область пониженного давления. Эта разница давления используется для создания потока воды по находящимся ниже ватерлинии тоннелям без использования насосов. Хотя это немного повышает сопротивление движению судна, попадание потока на верхнюю половину гребного винта обеспечивает стабильный поток воды, набегающий на гребной винт, повышая его эффективность и компенсируя в некоторой степени увеличение сопротивления движению.
 

Рис.2.  Проект судна с проточным балластом. Источник

 

Рис.3.  Разрез, показывающий отсеки обеспечения плавучести с предусмотренным протоком воды при движении судна. Источник

 

Однако есть некоторые проблемы при создании безбалластных судов, требующие решения:

1) Снижение грузовместимости из-за наличия тоннелей для протока балластной воды. При наличии таких тоннелей очень сложно сохранить те же показатели грузовместимости, как и для обычного судна.

2) Снижение прочностных характеристик корпуса судна в связи с необходимостью внесения изменений в проект двойного дна. Поперечные связи судового набора могут создавать проблемы для бесперебойного протока воды по тоннелям, а их удаление позволит обеспечить стабильное перемещение балластной воды за счет уменьшения прочности корпуса. Классификационные общества, скорее всего, выступят против удаления этих частей судового набора. 

Кроме того в месте прохождения через поперечные судовые конструкции потребуется принять дополнительные меры по обеспечению водонепроницаемости тоннеля. Продольные ребра жесткости могут быть заменены панелями из композитных материалов, что позволит компенсировать уменьшение прочности.

3) Увеличение сопротивлению движения судна из-за завихрений, вызванных попаданием потока балластной воды на гребной винт. Установка впускных (в носовой части судна) и выпускных (в кормовой части судна) камер в тоннелях приведет к увеличению сопротивления движению судна и увеличит расход топлива. Повышение скорости потока воды при  выходе из  тоннеля приведет к дополнительному повышению сопротивления движению. 

 

Однако применение систем проточного водного балласта позволит значительно уменьшить воздействие на различные морские экосистемы.

 

Классификационное общество DNV GL разработала проект судна с проточным балластом Triality в качестве альтернативы установке систем очистки балластный воды для танкеров. 

 

Рис.4.  Внешний вид судна проекта Triality в представлении художника. Источник

 

Судно проекта Triality должно быть более экологичным, надежным, простым в эксплуатации и экономичным, чем обычные суда. Принцип, положенный в основу этого проекта представлен на рис. 5. 

 

Рис.5. Эскизный проект судна с проточным балластом, разработанный классификационным обществом DNV. Источник

Bow - нос; Intake - забор воды; Hatches - люки; Cargo hold - грузовой трюм; Trunk - тоннель; Stern - корма; Outlet - выпуск воды.

 

Эффект в данном эскизном проекте достигается за счет использования в качестве балласта проточной воды, проходящей при движении судна через его корпус. Но данный проект пока остается теоретическим. 
 

Разработан ряд проектов, не отказывающихся полностью от использования балластной воды, но сводящих ее количество к минимуму (low-ballast).
 

Однако в настоящее время уже начата компаниями Hyundai Mipo Dockyard (HMD) и Bernhard Schulte Ship Management постройка безбалластного судна-бункеровщика СПГ.

Данный проект является гораздо более реалистичным с точки зрения технической реализации. Судно с внутренним объемом 7600 куб. м было заказано в 2016 г. и строится на верфи Ulsan, принадлежащей компании Hyundai Mipo Dockyard. Компания не раскрывает деталей проекта, известно только, что отказ от использования балластной воды достигается за счет оптимизации обводов корпуса с килеватостью. Это позволяет увеличить осадку судна без использования балласта, за счет смещения надстройки и машинного отделения к носу судна, что вносит вклад в повышение остойчивости. Сдвоенная пропульсивная система, использующая азимутальные винто-рулевые колонки, позволяет судну сохранять аварийную остойчивость (damage stability) и контролировать дифферент и крен без применения балласта. Малый диаметр гребных винтов в рулевых колонках при любых режимах эксплуатации судна обеспечивает их полное погружение в воду.
 

СПГ будет храниться в двух танках конфигурации С ММО и топливо может перекачиваться с производительностью 1250 куб. м/час через гибкие криогенные шланги без балластировки. Испарившийся газ будет храниться в двух 40-футовых контейнерах под давлением 220 бар и использоваться как топливо для энергетической установки. 
 

На рис. 6. показан внешний вид безбалластного судна-бункеровщика СПГ.

  

Рис.6. Внешний вид безбалластного судна-бункеровщика СПГ. Источник

 

DNV GL также разработало проект контейнеровоза грузовместимостью 6200 ДФЭ с малым балластом. Проект судна получил название Quantum и может эксплуатироваться на большом количестве маршрутов, например, между Европой и Восточным побережьем Южной Америки. Для обеспечения остойчивости при большинстве режимов загрузки необходимость в балласте была устранена в основном за счет большой ширины судна. 
 

Работы по проектированию безбалалластных судов, проводимые в японском центре Shipbuilding Research Centre of Japan (SRC), показали, что можно построить судно, не несущее балласт, но ширина такого судна будет значительно больше, чем у обычных судов. В 2009 г. SRC начал разработку проекта судна с малым минимальным балластом (Minimal ballast water ship - MIBS), и ширина такого судна не намного больше, чем у существующих сейчас судов. Судну данного проекта нужно принимать гораздо меньше балласта, чем обычным судам.

Автор: Губарев О.Л.