Технические науки/4. Транспорт

Д.т.н. Антоненко С.В.

Дальневосточный федеральный университет, Россия

Некоторые вопросы обеспечения безопасности работы транспортно-передаточного плавучего дока

В годы «холодной войны» в СССР и в США было построено несколько сот атомных подводных лодок (АПЛ). В результате выработки ими своего ресурса, а также заключения договоров о сокращении вооружений большинство АПЛ в настоящее время списано и подлежит утилизации. Процесс утилизации АПЛ связан с определёнными техническими и технологическими сложностями и требует больших затрат. Россия самостоятельно смогла бы решить эту задачу в течение нескольких десятилетий. Поэтому ряд стран, заинтересованных в снижении угроз, обусловленных наличием выведенных из строя АПЛ, приняли непосредственное участие в этой работе, включающее техническую и финансовую поддержку по созданию пунктов длительного хранения реакторных отсеков.

Атомный флот России сосредоточен в двух районах: на Севере, в районе Мурманска, и на Дальнем Востоке, в районе Владивостока. К настоящему времени практически все списанные АПЛ частично разделаны: от них были отрезаны и разделаны на металлолом носовые и кормовые оконечности, не представляющие угрозы радиоактивного заражения, а трёхотсечные блоки, включающие реакторный отсек (не обладающий положительной плавучестью) и два смежных с ним отсека, находятся на плаву в ожидании утилизации (рис. 1).

На Дальнем Востоке пункт длительного хранения радиоактивных отходов начал работу на берегу бухты Разбойник в заливе Петра Великого. Технологический процесс утилизации вкратце заключается в следующем. Блок буксируется к котловану, туда же буксируется специально построенный в Японии транспортно-передаточный док «Сакура» (док и буксир были безвозмездно переданы России Японией). Док погружается, затем всплывает уже с блоком и буксируется к причалу, где устанавливается на береговые и подводные опоры. На эстакаду дока въезжает транспортный модуль, блок пересаживается на гидравлические тележки и перемещается на береговую площадку. Там от реакторного отсека отрезаются два смежных, которые подлежат разделке, а реакторный отсек после консервации помещается на площадке, где будет храниться около 70 лет до тех пор, пока радиоактивное излучение не уменьшится до допустимого уровня.

Рис. 1. Плавающие трёхотсечные блоки

Док имеет грузоподъёмность 3500 т при длине стапель-палубы 65 м. Длина блоков достигает 35 м, а масса – 3000 т.

Автор принимал участие (совместно со специалистами ДВЦ «ДальРАО», филиала РосРАО - специализированной организации, занимающейся проблемой обращения с радиоактивными отходами, и Морской инженерной компании, г. Владивосток) в решении следующих задач.

1. В ходе пробных погружений дока была выявлена недостаточная прочность понтона. Анализ требований Правил Российского морского регистра судоходства и выполненные расчёты прочности при различных вариантах нагрузки позволили установить причины повреждений и предложить конструкцию подкреплений, реализация которой обеспечила выполнение условий прочности [1]. Специфика использования дока (большая осадка блоков и наличие высокой эстакады, на которой размещается объект) требует большой глубины погружения, что создаёт значительные нагрузки на конструкции понтона. Несмотря на сравнительно небольшую длину пролёта балок поперечного рамного набора понтона (около 6 м) при достаточно большой высоте этих балок (около 700 мм), прочность по нормальным и касательным напряжениям, а также устойчивость стенок балок не были обеспечены. Задача была успешно решена установкой внутри понтона стоек, разбивающих пролёт балок на два.

2. Разработкой доковых опорных устройств.

3. Разработкой инструкции по поэтапной балластировке дока в процессе передвижки объекта на причал.

Программа приёмочных испытаний предусматривала пробные погружения дока без объектов, затем – с макетом, имеющим уменьшенные массогабаритные характеристики, для отработки технологического процесса и, наконец, с реальным трёхотсечным блоком. Доковое опорное устройство (ДОУ) состоит из стальных кильбалок, изготовленных германской фирмой IMG, на которых набираются подушки кильблоков и клеток. Паспортная грузоподъёмность кильбалки составляет 400 т. На начальном этапе функционирования комплекса планировалось передать на береговую площадку три блока одного и того же проекта массой порядка 2000 т и длиной 35 м. Поскольку первый из них док должен был принять вслед за макетом, ДОУ для последнего набиралось на тех же местах и в том же количестве, что и для реального блока, и включало 9 кильбалок. Макет опирался на 6 из них. Была разработана рациональная конструкция опор. В частности, предлагалось набирать боковые подушки не на всех девяти, а только на четырёх кильбалках, что заметно уменьшало трудоёмкость подготовки ДОУ. Податливые элементы опор (центральные деревянные подушки - кильблоков) располагались не на кильбалках, а под ними. Испытания с макетом и последующие доковые операции с тремя однотипными блоками подтвердили правильность принятых решений.

Длительное хранение требуется не только для реакторных отсеков АПЛ. Также существует проблема утилизации надводных кораблей с ядерными энергетическими установками. Кроме того, имеется несколько отслуживших свой срок судов технологического обслуживания (ТНТ), в отдельных отсеках которых хранятся радиоактивные отходы. Указанные отсеки также подлежат выгрузке на площадку длительного хранения. Сложность состояла в том, что наибольшая длина судна составляет 92,75 м, значительно превышая длину дока по стапель-палубе, а водоизмещение порожнём – 3183 т, что с учётом массы транспортного модуля (222 т) и установленных подкреплений практически было равно паспортной грузоподъёмности дока, которая в ходе испытаний не была достигнута. Кроме того, общий центр тяжести судна, ДОУ и транспортного модуля не совпадал с миделем дока, что требовало принимать балласт для удифферентовки.

Первоначально предполагалось, что для подъёма ТНТ и ряда других объектов док будет удлинён. На запрос относительно возможности подъёма ТНТ доком «Сакура» без размерной модернизации, направленный ДальРАО японской стороне, был получен категорический отрицательный ответ. Тем не менее, нами были выполнены проработки, показавшие принципиальную возможность проведения этой доковой операции. Положительному решению вопроса способствовал демонтаж значительной части надпалубных конструкций, что позволило уменьшить массу судна до 2905 т.

Проектной организацией была составлена схема постановки судна в док и был выполнен предварительный расчёт прочности ДОУ. По нашему мнению, и конструкция опор, и расчёт подлежали корректировке. В итоге были выполнены дополнительные расчёты по схеме непризматической балки на неравноотстоящих податливых опорах с возможностью введения начального зазора между балкой и основанием с использованием метода пяти моментов [2] и разработаны практические рекомендации, не только упростившие ДОУ, но и обеспечивающие большую безопасность доковой операции.

К настоящему времени на площадку длительного хранения уже переведены два судна типа ТНТ. В обоих случаях прочность ДОУ оказалась достаточной. Отметим, что в первом случае предварительные измерения показали наличие начального строительного прогиба, способствующего уменьшению возможного пика реакций на концах килевой дорожки при больших свесах оконечностей, во втором существенная погибь килевой линии судна не была обнаружена.

На рис. 2 показан вид на левую половину дока в частично погруженном состоянии, а на рис. 3 – средняя и кормовая часть докового опорного устройства для судна ТНТ. Более подробно типовая конструкция доковой опоры показана на рис. 4. Здесь на эстакаду подан транспортный модуль, включающий 13 пар гидравлических тележек. Судна в доке нет. Опора, состоящая из кильбалки и стальных коробок, на которые непосредственно будет опираться корпус ТНТ, приподнята гидродомкратами тележек. Сминающиеся элементы уложены на палубе эстакады под центральной частью опоры (в ДП); они также имеются на боковых тумбах, предохраняющих кильбалки с судном от опрокидывания. Нами предлагалось устанавливать боковые тумбы лишь под некоторыми кильбалками, что упростило бы подготовку ДОУ, но эта рекомендация, как видим, не была выполнена.

На рис. 5 показан док с судном ТНТ у причала.

Рис. 2. Плавдок «Сакура» в частично погруженном состоянии.

Слева находится эстакада с установленными на ней доковыми опорами, справа – левая башня дока.

Рис. 3. Вид на ДОУ

На палубе эстакады установлены кильбалки, на которых установлены стальные коробчатые диаметральные и боковые опоры (на трёх кормовых кильбалках подушки деревянные).

Одной из ответственных операций при работе передаточного дока является его балластировка при накатке и выкатке судопоезда. В монографии [3], к сожалению, этому вопросу не уделено должного внимания. В инструкции по эксплуатации дока «Сакура», составленной японскими специалистами, даны подробные указания о распределении балласта по отсекам дока в зависимости о массы блока и его положения (перемещения судопоезда относительно исходного положения). Но эта инструкция неявно предполагает, что почти в каждом положении силы веса дока, балласта и судопоезда уравновешиваются силами поддержания, т.е. ни береговые, ни подводные опоры не несут нагрузки. В результате в первые месяцы эксплуатации дока дважды возникали опасные ситуации. Это потребовало разработки рекомендаций по безопасной балластировке дока в процессе передвижения судопоезда.

Рис. 4. Элемент ДОУ с подведённой под него тележкой

Рис. 5 Док с судном у берега

Принципиальным моментом здесь является предварительный приём прижимного балласта. Док «Сакура» оборудован средствами контроля посадки и балластировки. Применительно к ТНТ, когда ДОУ занимает всю длину дока, была предложена следующая технология. После подхода дока к причалу принимается балласт в понтон дока до тех пор, пока он не коснётся береговых и подводных опор (не нагружая их). Это положение является исходным, распределение балласта по отсекам дока в этот момент фиксируется. Затем принимается прижимной балласт в таком количестве, чтобы, с одной стороны, не перегрузить опоры, с другой, избежать всплытия одной из оконечностей в процессе передвижки. В результате обсуждения было принято решение, что масса прижимного балласта должна составлять 800 т. Передвижка производится поэтапно на расстояние 4 – 5 м, что примерно соответствует расстоянию между тележками. Условно принимается, что пара тележек в корме исчезает, перемещаясь на причал, тогда как все остальные остаются на своих местах. С началом очередного этапа принимается балласт в те отсеки по длине дока, которые освобождаются от реакций исчезнувших тележек. Таким образом, когда весь судопоезд окажется на берегу, док будет прижат к опорам примерно с такой же силой, что и непосредственно в начале передвижки.

При проведении операций с трёхотсечными блоками технология несколько усложняется, хотя общие принципы работы сохраняются.

Изложенные рекомендации обеспечили безопасное проведение доковых операций.

Литература:

1. Антоненко С.В., Линник Е.В., Рыбалкин Ю.Г. Обеспечение эксплуатационной надёжности плавучих доков // Морские интеллектуальные технологии. – Спецвыпуск № 2. – 2013. – С. 4 – 8.

2. Справочник по строительной механике корабля / Бойцов Г.В., Палий О.М., Постнов В.А., Чувиковский В.С. – В трёх томах. Том 1. Общие понятия. Стержни. Стержневые системы и перекрытия. – Л.: Судостроение, 1982.

3. Топчий В.А. Система передаточный док – судно. Л.: Судостроение, 1981. – 128 с.