Малое научно-исследовательское судно

Малое научно-исследовательское судно

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Раздел 1. Экология

.1 Антропогенное воздействие на морскую среду

.2 Оценка воздействия на окружающую среду

.3 Оценка воздействия на окружающую среду Балтийского моря

.3.1 Априорный экспертный анализ

.3.2 Идентификация геосистемы

.3.3 Белое море

.3.4 Анализ экологических рисков

.3.5 Экспертный системный анализ

.3.6 Принятые меры по охране окружающей среды на проектируемом судне

Раздел 2. Проектирование

.1 Научно-исследовательские суда, как часть системы технических средств

.2 Основные направления разработки судна

.3 Описание судна

.3.1 Назначение судна

.3.2 Тип и класс судна

.3.3 Район плавания и эксплуатации судна

.3.4 Архитектурный облик судна

.3.5 Требования к научно-исследовательскому судну

.4 Обще-проектные характеристики судна

.4.1 Главные размерения судна

.4.2 Форма корпуса судна

.4.3 Общее расположение судна

.4.4 Краткое описание компоновки судна

.4.5 Определение водоизмещения

.4.6 Определение главных размерений и коэффициента общей полноты

.4.7 Расчет мощности во втором приближении

.4.8 Уточнение нагрузки и определение водоизмещения во втором приближении

.4.9 Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности

.4.10 Главные размерения судна

.4.11 Автономность судна

.4.12 Экипаж судна

.4.13 Обитаемость судна

.4.14 Судовые запасы

.5 Нагрузка масс судна порожнем

.6 Дедвейт

.7 Ходовые, тяговые, маневренные и мореходные качества судна

.8 Остойчивость, непотопляемость и качка судна

.9 Судовые устройства

.9.1 Рулевое устройство

.9.2 Якорное устройство

.9.3 Швартовное и буксирное устройства

.9.4 Спасательное устройство

.9.5 Грузовое устройство

.9.6 Мачтовое устройство и такелаж

.10 Системы судовые

.10.1 Общесудовые

.10.2 Бытовые системы

.10.3 Системы вентиляции

Раздел 3. Технология выполнения научно-исследовательских работ

.1 Общие положения научно-исследовательских работ

.2 Основные измеряемые параметры среды

.2.1 Критерии измеряемых параметров

.3 Измерительная техника для оценки параметров морской среды

.3.1 Выбор оптимальных параметров для аппаратуры

.4 Комплектация зондирующего комплекса на проектируемом судне

.5 Измерения на малых глубинах

.6 Измерение параметров морской среды на ходу судна

.7 Палубное оборудование

.8 Лабораторный комплекс

Раздел 4. Технология постройки

.1 Защита корпуса судна от коррозии

.2 Основные изоляционные материалы

.3 Основные материалы зашивки

.4 Главная энергетическая установка

.5 Производство

.5.1 Характеристика производственных условий предприятия-строителя

.5.2 Корпусный цех

.5.3 Стапельно-монтажный цех

.5.4 Трубообрабатывающий сдаточный цех

.5.5 Достроечный цех

.5.6 Слип

.5.7 Достроечная набережная

Раздел 5. Экономика

.1 Трудоемкость изготовления проектируемого судна

.2 Стоимость постройки судна

Раздел 6. Конструкция

.1 Учет конструктивных факторов

.2 Конструктивно-технологические особенности судна

Заключение

Используемая литература

ВВЕДЕНИЕ

Освоение природных богатств России в прибрежной зоне, затрагивающих континентальные шельфы, окраинные моря и озера является сегодня одной из приоритетных задач концепции развития РФ на ближайшую перспективу. Основные положения в этой концепции ориентированы на сбор гидрографических, гидрометеорологических и потенциальных запасов природных ресурсов в указанных районах.

Реализация ее возможна созданием специализированных НИСов оснащенных современными научно-техническими средствами, при этом необходимо оснащение судов модульной аппаратуры в специализированных помещениях (контейнерного типа).

Учитывая экономические затраты на проектирование и постройку судов целесообразно использование эксплуатирующихся судов рыбопромыслового флота, имеющих близкие параметры и позволяющие практически в полной мере реализовать поставленные задачи.

Как показывает мировой и отечественный опыт создания НИС, например, НИС ПР12883 и его модификации, создание на данных проектах модульных лабораторий, позволили достичь планируемых результатов и достаточно точно спрогнозировать районы и количество запасов природных ресурсов (нефтегазового комплекса).

Работа НИС на континентальном шельфе требует перед проектантом судна решения комплексных задач по следующим направлениям:

определение площадей и объемов под соответствующие лаборатории, требования к которым определяется решаемыми задачами; лаборатории должны быть сменными. Это позволяет резко увеличить много профильность судна при минимизации затрат.

в определении требований к энергетической установке и созданию комфортных условий к научному персоналу;

судно должно проектироваться в полном соответствии с требованиями надзорных организаций, а также соответствующим международным Конвенциям, Правилам и Нормам;

судно должно отражать тенденции мирового судостроения научно-исследовательских судов.

Именно этой задаче и посвящена тема дипломного проекта: проектирование НИС для работы на континентальном шельфе. Следует отметить, что шельфовые зоны находятся на различных участках МО и закреплены Международными организациями за РФ. Следовательно, создание судов, позволяющих комплексно освоить шельфы РФ, является в настоящее время государственной задачей.

Раздел 1. Экология

.1 Антропогенное воздействие на морскую среду

Загрязнение морской среды может быть вызвано как природными естественными процессами, так и антропогенными воздействиями. Природное загрязнение морской среды обычно ассоциируется с катастрофическими явлениями естественного происхождения (извержение вулканов, землетрясение, цунами), их воздействие велико, но кратковременно.

Локальное антропогенное загрязнение морской среды обычно мало в масштабах планеты, но носит непрерывный характер. И соответствующее загрязнение легко распределяется в морской среде на большие расстояния и постепенно перерастает в глобальное антропогенное загрязнение океана.

В Конвенции ООН по морскому праву 1982 г. содержится официальное определение антропогенного загрязнения морской среды. Такое загрязнение означает привнесение человечеством прямо или косвенно веществ и энергии в морскую среду, которая наносит или может нанести вред живым ресурсам и жизни в море, опасно для здоровья человека, создают помехи правомерной деятельности в море (включая рыболовство), снижает качество использования воды и ухудшает условия отдыха людей.

Согласно современным представлениям существует два механизма загрязнения природной водной среды: токсическое и эвтрофирование.

Под токсическим загрязнением понимают внесение в водную среду токсических компонентов, таких как ионы тяжелых металлов, хлорированные углеводороды, нефтепродукты, канцерогенные вещества. Вещества являются опасными, прежде всего для биотов водных экосистем, а также ухудшают качество воды в такой степени, что это представляет угрозу для здоровья населения и ограничивает режимы водопользования.

Эвтрофирование - это явление избыточного поступления в водную среду биогенных элементов (соединения фосфора, азота и кремния), являющихся питательными веществами для водной флоры и фауны, что обуславливает избыточную продукцию планктонных водорослей и ухудшает условия ее утилизации. Разложение избыточной биомассы планктонных водорослей приводит к вторичному биологическому загрязнению морской среды продуктами распада, а также уменьшает содержание кислорода в воде.

При токсическом загрязнении водных объектов в результате непосредственного воздействия антропогенных загрязнителей, биологическая продуктивность экосистемы снижается.

При эвтрофировании биологическая продуктивность чрезмерно возрастает, начинается бурное развитие планктонных водорослей (цветение), разложение невостребованной биомассы и, как результат, вторичное загрязнение водоема.

Главной задачей при изучении последствий токсического загрязнения водных объектов и эвтрофирования является нормирование качества воды и экологической нагрузки на водоем.

.2 Оценка воздействия на окружающую среду

Проводя те или иные мероприятия, связанные с возможным воздействием на окружающую среду, необходимо еще на пред проектной стадии оценить возможные последствия реализации предполагаемого проекта. Для этого проводится экологическая экспертиза - комплекс мероприятий, предназначенных для проверки соответствия предполагаемого проекта требованиям экологической безопасности. Экологическая экспертиза является обязательной мерой охраны окружающей природной среды. Цель экологической экспертизы заключается в том, чтобы предотвратить или минимизировать ущерб природной среде.

Государственная экологическая экспертиза (ГЭЭ) проводится экспертными комиссиями, которые создаются Государственными органами Российской Федерации их региональными представительствами с целью проверки соответствий предполагаемого проекта требованиям экологической безопасности.

Наряду с ГЭЭ выделяют оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС). ОВОС направлена, прежде всего, на выявление недостатков проекта, принятие мер по улучшению экологических показателей технического задания. Принципы экологической экспертизы и оценке воздействия на окружающую среду закреплены в законах РФ «Об охране окружающей природной среды» и «Об экологической экспертизе».

ОВОС направлена на: определение характеристик и степени потенциального воздействия намечаемого проекта на состояние окружающей природной среды; оценку ожидаемых экологических последствий в процессе и после реализации проекта; выработку мер по предупреждению возможных негативных последствий намечаемого проекта.

Рис. 1. Процедура ОВОС по Модишову.

1.3 Оценка воздействия на окружающую среду Балтийского моря

.3.1 Априорный экспертный анализ

Физико-географические условия Балтийского моря.

Балтийское море целиком лежит в пределах североевропейского шельфа, и дно его имеет котловины, возвышенности и цоколи островов. В юго-западной части моря находятся Ароконская (53 м) и Борнхольмская (105 м) впадины, разделенные островом Борнхольм. В центральных районах моря довольно обширные пространства занимают Готландская (до 250 м) и Гданьская (до 116 м) котловины. К северу от острова Готланд лежит Ландсортская впадина, где измерена наибольшая глубина Балтийского моря.

Балтийское море почти повсюду имеет сухопутные границы, а водные лишь в Датских проливах. Глубины над порогами, отделяющими Балтийское море, невелики-18 и 7 м.. Площадь поперечного сечения в этих местах равна соответственно 0,225 и 0,08 км в кв. По этой причине Балтийское море слабо связано с Северным и имеет ограниченный водообмен с ним, а тем более с Атлантическим океаном. Оно относится к типу внутриматериковых морей. Его площадь равна 419 тыс. кв. км., объём- 21,5 тыс. куб. км., средняя глубина- 51, наибольшая- 470 м.

Экономико-географические условия Балтийского моря.

Балтийское побережье принадлежит девяти развитым странам. На побережье размещены не только транспортные комплексы, но и крупные промышленные узлы. Самый крупный-Санкт-Петербург, 4,7млн. чел. Развито машиностроение, химическая, легкая промышленность. В Санкт-Петербургском регионе размещается много водоемких, энергоемких, материалоемких производств. Ряд предприятий еще не провели реконструкцию, имеют устаревшее оборудование, отсталые технологии.

Хельсинки - 900тыс. чел. Сосредоточено 20% всего промышленного производства Финляндии.

Таллин - 430 тыс. чел. Город дает 40% всей продукции Эстонии.

Прибалтийский район - территория, где природные комплексы активно заменяются антропогенными. Как результат район имеет огромное количество сточных вод.

С 1998г. приняты более жесткие нормы по очистке вод. Теперь Санкт-Петербург обязан очищать все стоки от фосфора и азота. Введена в строй 1-я очередь завода по переработке осадков на водоочистных станциях.

Шведы за последние 20 лет построили много сооружений биологической и химической очистки сточных вод. Городские стоки очищаются на 100%. У финнов этот показатель составляет почти 90%, у датчан - чуть ниже. Более или менее решена проблема очистки вод в ФРГ. В Польше за это время практически ничего не сделано. Степень очистки российских стоков в целом (не по отдельным показателям) составляет около 70%. В настоящее время скандинавские страны финансируют ряд важнейших для экологии Балтики объектов, расположенных в Санкт-Петербурге. Это знак глубокого понимания взаимозависимости стран, использующих один хрупкий природный комплекс - Балтику.

.3.2 Идентификация геосистемы

Природная изменчивость среды.

В осеннее и особенно зимнее время на море сказывается действие Исландского минимума, что вызывает циклоническую деятельность над морем и обуславливает преобразование сильных юго-западных ветров.

В самые холодные месяцы - январь и февраль - средняя температура воздуха в центральной части моря равна - 30, на севере и на востоке -50;-80. При редких и кратковременных вторжениях холодного арктического воздуха, связанных с усилением полярного максимума, температура воздуха над морем понижается до -300 и даже до -350.

Летом наблюдается преимущество западных, северо-западных и юго-западных слабых до умеренных ветров. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца - июля - равна 14-150 в Ботаническом заливе и 16-180 - в остальных районах моря. Жаркая погода бывает редко. В Балтийское море впадает около 250 рек. По средним многолетним данным (1961-1970гг.), они ежегодно вносят в море около 440 куб. км воды, то есть 2% его общего объема.Зимой температура воды на поверхности несколько ниже у берегов, чем в открытых частях моря, при этом у западного берега температура воды несколько выше, чем у восточного. Так, среднемесячная температура воды в феврале у Вентспилса 0,70, на той же широте в открытом море - около 2,0 0, а у западного берега 10.Летом, в июле - августе, температура воды на поверхности равна 14-150.

В теплый сезон поверхностная температура воды распространяется до горизонтов 20-30 м. Отсюда она резко понижается до горизонтов 50-60 м и затем снова несколько повышается ко дну. Холодный промежуточный слой сохраняется и летом, когда поверхностный слой прогревается еще сильнее и термоклин выражен более резко, чем весной.

Соленость на поверхности моря равна 7-8 промилле и уменьшается с запада на восток, что связано с поступлением речных вод преимущественно в восточную часть Балтики.

В осенне-зимний сезон происходит некоторое повышение солености верхних слоев вследствие сокращения речного стока и осолонения при льдообразовании. Весной и летом соленость на поверхности уменьшается на 0,2-0,5 промилле по сравнению с холодным полугодием. Это объясняется опресняющим влиянием материкового стока и весенним таянием льда. Для моря характерно значительное увеличение солености от поверхности ко дну. Так, в Борнхольмской котловине соленость на поверхности равна 7, а около дна - 20 промилле.

Кроме сезонных колебаний солености, Балтийскому морю в отличие от многих морей Мирового океана свойственны ее значительные межгодовые изменения, что представляет собой одну из наиболее характерных гидрологических черт Балтики.

Вертикальное распределение океанологических характеристик в Балтийском море обнаруживает одну из особенностей его гидрологических условий: в южных и центральных районах оно разделено стационарным пикноклином на верхний (60-90 м) и нижний (90 и до дна) слои, различные по многим своим показателям и процессам, протекающим в каждом из них.

Обновление глубинных вод моря происходит главным образом за счет притока каттегатских вод, который зависит от метеорологической обстановки в районе Датских проливов. Следовательно, при больших поступлениях глубинные и придонные слои Балтийского моря хорошо вентилируются, а при малых количествах втекающих в море соленых вод на больших глубинах замкнутых углублений дна создаются застойные явления вплоть до образования здесь на некоторое время сероводорода.

Наиболее сильное ветровое волнение наблюдается осенью и зимой в открытых глубоких районах моря при продолжительных и сильных юго-западных ветрах, которые образуют волны высотой до 5 -6 м. Общий поток поверхностных течений направлен вдоль скандинавских берегов на юго-запад. Огибая с двух сторон остров Борнхольм, он направляется через Датские проливы в Северное море. У южного берега течение направлено на восток. Возле Гданьского залива оно поворачивает на север и движется вдоль восточного берега до островов Хиумаа. Здесь оно разветвляется на три потока. Один из них идет через Ирбенский пролив в Рижский залив, где вместе с водами Дуагавы создает почти кольцевое течение, направленное против часовой стрелки. Другой поток входит в Финский залив и вдоль его южного берега распространяется почти до устья Невы, затем поворачивает на северо-запад и вместе с речными водами, двигаясь вдоль северного берега, выходит из залива.

Третий поток идет на север и через проливы Аландских шхер проникает в Ботнический залив. Здесь течение вдоль финских берегов поднимается на север, огибает северное побережье залива и вдоль скандинавского побережья спускается на юг. В центральной части залива отмечаются замкнутые круговые течения против часовой стрелки.

Скорость поверхностных течений Балтийского моря очень невелика и равна примерно 3 -4, увеличиваясь иногда до 10 -15 см/с.

Колебания уровня приливного характера в отдельных пунктах не превышают 10 -20 см.

Сгонно-нагонные колебания уровня достигают значительных величин. В открытых районах моря они равны примерно 0,5м, а в вершинах бухт и заливах бывают 1,0 - 1,5 и даже 2,0 м, а в Санкт-Петербурге даже до 4 м.

Балтийское море покрывается льдом. Раньше всего примерно в начале ноября, лед образуется в северно-восточной части Ботнического залива в мелких бухточках и у берегов. Максимального развития ледяной покров достигает в первых числах марта. К этому времени неподвижный лед занимает северную часть Ботнического залива, район Аландских шхер и восточную часть Финского залива. В открытых районах северо-восточной части моря встречаются плавучие льды. Таяние начинается в конце марта - начале апреля.

Фоновое экологическое состояние среды.

Балтика - особая экологическая зона, которая требует постоянного и жесткого контроля. Это внутреннее относительно не глубокое море, обмен воды здесь происходит медленнее, чем в других акваториях. Соленость воды низкая, что приводит к быстрому размножению бактерий. При этом Балтика - зона активной хозяйственной деятельности. На берегах расположены крупные индустриальные государства, для которых Балтийское море играет решающую роль во взаимной торговле и является основной акваторией для оборота товаров и грузов, в том числе нефтепродуктов.

Расширение Евросоюза (ЕС) с вхождением Эстонии, Латвии и Литвы в европейское сообщество определяет свои особенности экономического и социального развития региона. Так, из стран Балтийского региона Россия является единственной страной, не входящей в Евросоюз. Тем не менее, нельзя говорить о Балтийском море как о внутреннем море евро союза. Ведь суммарный объем грузооборота российских портов на Балтике по итогам 2008 года составил 76 млн. тонн, из которых доля нефти и нефтепродуктов составила 35 млн. тонн. А ведь есть и другие опасные для окружающей среды грузы, такие, как удобрения, уголь, руда и т.д. Скорее можно говорить об особом статусе Балтийского моря.

Все эти аспекты находят свое отражение в экологической обстановке Балтийского региона. Напряженность транспортных магистралей, высокий удельный вес доли опасных грузов, особенно нефти и нефтепродуктов, определяют важность вопросов экологии.

Захоронение отходов в Балтийском море.

На дне Балтийского моря лежат 267 тысяч тонн бомб, снарядов и мин, затопленных после окончания Второй мировой войны. А в них - более 50 тысяч тонн боевых отравляющих веществ. Больше полувека боеприпасы, начиненные убийственной отравой, лежат на дне Балтики, создавая потенциальную смертельную угрозу.

Ведь металл в морской воде разъедает ржавчина, и отрава грозит вырваться наружу. Превратив Балтику в море смерти. Впрочем, проблема даже серьезнее. Захоронения химического оружия, правда, в меньших масштабах, существуют не только там. А если говорить о многострадальной Балтике, то, помимо химического оружия, там существуют еще около шести десятков свалок токсичных промышленных отходов. Что делать с этими залежами отравы, пока не знает никто в мире. До сих пор дело ограничивается только наблюдением. Хотя все понимают, что бесконечно так продолжаться не может.

На Потсдамской мирной конференции 1945 года было решено все трофейное химическое оружие уничтожить. На заседании Военного директората в сентябре 1945 года был принят документ, в первом пункте которого было записано:

"Уничтожить все запасы военных химических веществ, химических боеприпасов. Уничтожить, сжечь и потопить в море все средства химической войны". Ликвидация трофейного химического оружия осуществлялась в каждой зоне оккупации самостоятельно под руководством соответствующей военной администрации.

Незначительная его часть была утилизирована на германских химических предприятиях, часть сожгли, а большую часть в течение 1946 - 1948 годов затопили. При этом использовали в качестве могильников немецкие военные корабли - загрузили их под завязку боеприпасами с отравляющими веществами и так пустили на дно. Топить их собирались не в мелководной Балтике, находящейся в самом центре Европы, а в глубоководном Атлантическом океане. Большая часть химического оружия была погружена американцами на 42 корабля вермахта, и караван пошел в Северное море. Но помешал суровый шторм. И почти все суда пришлось затопить в проливе Скагеррак, соединяющем Балтику с Атлантикой, - недалеко от норвежского берега.

Приложили руку к балтийским захоронениям и англичане, затопив часть отравы в районе датского острова Борнхольм. Внесли свою лепту и власти ГДР.

Активную роль, естественно, сыграл и СССР. В отличие от союзников Страна Советов трофейные корабли решила не затоплять, оставить их себе, а отравляющие вещества выбрасывали в море просто так. В результате если места захоронения химического оружия союзниками хотя бы известны, тайна захоронения 35 тысяч тонн химического оружия, затопленного Советским Союзом, скрыта молчаливыми водами Балтики.

Кроме этого в Балтийском море было затоплено 7 860 банок циклона, который гитлеровцы широко применяли в 300 лагерях смерти для массового уничтожения пленных в газовых камерах.

На прошедшей в 1995 году в Москве научно-практической конференции российскими учеными было высказано предложение, что уже в ближайшее время необходимо ввести регулярный биологический контроль на содержание мышьяка в рыбе, вылавливаемой в акваториях Европы.

Ежегодно от негативного экологического воздействия на нашей планете умирает 1,6 млн. человек. В начале 21 века у европейцев имеется реальная возможность стать лидерами в этой печальной статистике. Эта сложнейшая экологическая, социальная, техническая и политическая проблема может быть успешно решена, если международное сообщество не уступит время и проявит инициативу по избавлению народов Европы от наследия Второй мировой войны. Ее должны проявить те правительства, кому принадлежало химическое оружие, и те, кто его затопил после окончания Второй мировой войны в Балтийском море, а также в проливах Скагеррак и Каттегат.

Пожалуй, вопросы экологии, и охраны окружающей среды являются предметом обсуждения такого количества объединяющих организаций, ассоциаций и соглашений, какого нет ни по какой другой теме.

Современный уровень антропогенной нагрузки.

Влияние судоходства на экологию региона

Нефть - опасный груз. Так в 1981г. во время шторма произошла авария английского танкера «ГлобеАсими» вблизи Клайпеды. В море вылилось 17тыс. т мазута, это привело к гибели морских обитателей, птиц, загрязнено было практически все литовское побережье. Даже если нет аварий, от работы двигателей в воду попадают нефтепродукты: растет число судов, суда стареют, расширяются объемы заправки в море. Экологи считают, что ежегодно более 50тыс. т нефтегрузов остается в балтийских водах. Для Балтики эти нефтяные пятна подобны раковой опухоли.

На Балтийский бассейн приходится 1/10 часть объема мировых морских перевозок. Через проливы Балтики ежегодно проходит 300 судов. Эти данные свидетельствуют о сильнейшей антропогенной, техногенной нагрузке на хрупкий природный комплекс.

Кроме нефтяных сбросов значительным источником загрязнения морской среды с судов является мусор и пищевые отходы. При попадании в воду мусор может тонуть, плавать, растворяться.

Плавающий мусор безвреден, но были случаи, когда в районе выброса на берег он становился источником неизвестных ранее болезней и вредителей, служил адсорбентом для плавающих нефтепродуктов. Затонувший мусор, скапливаясь на морском дне, оказывает влияние на естественные условия жизнедеятельности морской флоры и фауны, вплоть до исчезновения какого-либо вида. Растворившейся мусор изменяет окраску воды, насыщает ее веществами, для окисления которых требуется большое количество кислорода, придает воде неприятный запах и привкус.

Опыт проведения аналогичной ОВОС на примере Балтийской трубопроводной системы.

Процедура ОВОС в рамках проекта БТС была выполнена дважды - как по российским, так и по международным стандартам. Само по себе это обстоятельство является беспрецедентным и свидетельствует о понимании компаний важности экологических проблем и серьёзном подходе к их решению.

При разработке «Технико-экономического обоснования» (ТЭО-проект) строительства 1-ой и 2-ой очереди БТС, в разделе «Охрана окружающей среды» (ООС) был предусмотрен комплекс природоохранных мероприятий, учитывающий не только выводы и рекомендации различных экспертных органов, но и результаты консультаций с общественностью.

В результате был разработан полный комплекс организационных, технических и природоохранных мероприятий, направленных на минимизацию масштабов неблагоприятных экологических воздействий и уменьшение их последствий для окружающей среды и социальной сферы. В частности:

Предложен оптимальный маршрут трассы - более 80% протяжённости нефтепровода на участках нового строительства проходит в технических коридорах существующих нефте- и газопроводов, что позволяет существенно снизить ущерб земельным ресурсам, растительности и животному миру. При этом строго соблюдаются нормативные расстояния от границ особо - охраняемых природных территорий (ООПТ), водоохранных зон и населённых пунктов.

В резервуарных парках НПС и нефтеналивного терминала резервуары оснащены понтоном и плавающей крышей, что снижает выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух до 95-97%. При строительстве резервуарного парка Приморска впервые в России применена полистовая сборка резервуаров и более качественная сталь. Исключено проникновение аварийно разлившейся нефти в грунт, так как поверхность под резервуаром и в каре гидроизолированная. Стенки обвалования выполнены из железобетонных конструкций, что полностью исключает возможность выхода нефти за пределы каре.

Для предотвращения загрязнения прибрежных акваторий построены и введены в эксплуатацию высокопроизводительные очистные сооружения по приёму и очистке промышленных и бытовых сточных вод на нефтеналивном терминале города Приморска суммарной производительностью 770 м3/сут.

Для обеспечения навигационной безопасности нефтеналивного терминала Приморск и все подходы к нему, фарватеры и суда, находящиеся на них находятся под контролем региональной системы управления движением судов (РСУДС), которое позволяет отслеживать движение танкеров с точностью до 10 метров.

В акватории Финского залива установлена зона ответственности Компании площадью равной 3,8 кв. км. Для ликвидации возможных аварийных разливов нефти на этой территории создана Аварийно-восстановительная служба в составе 120 высококвалифицированных аттестованных специалистов, имеющих сертификаты Международной морской организации (IМО). Данное подразделение оснащено11 кмбоновых заграждений, 22-мя нефтесборными системами, позволяющими собирать разлитую нефть в объёме 1160 м3 в час. Помимо этого построено 7 судов природоохранного флота, включающего в себябонопостановщики, нефтемусоросборщик, сборщик льяльных вод, нефтеналивную баржу. Ведётся строительство буксиров ледового класса.

Для предотвращения загрязнения окружающей среды введены в эксплуатацию высокопроизводительные очистные сооружения промышленных и бытовых сточных вод. Уникальная технология позволяет обеспечить соответствие степени очистки сточных вод жёстким нормативным природоохранным требованиям по всему спектру загрязняющих веществ.В настоящий момент можно с уверенностью утверждать, что комплекс природоохранных мероприятий, реализованный при строительстве Балтийской трубопроводной системы и непрерывно осуществляемый при её эксплуатации, в полной мере обеспечивает экологическую безопасность промышленных объектов, делает минимальной степень воздействия процессов производства на окружающую среду, предоставляет реальную возможность оптимального сочетания экономического развития страны и экологически безопасного качества жизни её граждан.

.3.3 Белое море

Физико-географические условия Белого моря.

Морфометрические особенности Белого моря и его донный рельефопределяют важнейшие черты океанографического режима - внутреннийводо -, соле- и теплообмен и течения, водообмен с Баренцевым морем,формирование водных масс и фронтальных зон, ледовый режим, функционирование экосистемы.Площадь Белого моря равна 91 тыс. км2 (Лоция Белого моря, 1983). На долю островов приходится 0.8 тыс. км2. Средняя глубина - 67 м, максимальная - 340 м в районе мыса Турьего (Кандалакшский залив). Объем воды, заполняющей котловину Белого моря, составляет 5400 км3, длина береговой линии равна 5.1 тыс. км. Наибольшая протяженность моря от мыса Канин Нос до устья р. Кеми − 600 км, максимальная ширина (между г. Архангельск и г. Кандалакша) - 450 км. Белое море имеет довольно сложную конфигурацию с многочисленными заливами и островами. Выделяют четыре крупных залива (рис. 1.3.1.2): Двинский, Онежский, Кандалакшский, Мезенский.

Рис. 2.3.1.2. Районирование Белого моря. На врезке показано распределение плотности воды в Бассейне

Климатические особенности Белого моря.

Климатический режим региона Белого моря можно охарактеризоватькак переходный от морского к континентальному; по условиям образования он принадлежит к атлантико-арктической зоне умеренного пояса. Преобладающие в течение года воздушные массы, поступающие с Атлантики,обусловливают довольно теплую, но продолжительную зиму, прохладноекороткое лето, значительную облачность, высокую влажность воздуха,достаточное количество осадков и неустойчивые погодные условия в течение всех сезонов года. Для Белого моря в любые сезоны года характерначастая смена воздушных масс, связанная с прохождением барических образований над его акваторией. В целом для территории наблюдается215 дней с циклонами в течение года (для сравнения: в районе Москвы циклоны наблюдаются в течение 150-160 дней за год). Интенсивная циклоническая деятельность, относительно быстрая смена синоптических процессов обусловливают значительную изменчивость, порой даже в течение суток, значений метеорологических элементов и параметров.

.3.4 Анализ экологических рисков

Имитационная модель динамикигеосистемы.

Имитационное моделирование - это процесс конструирования модели системы и аналитическое применение этой модели с целью либо понять поведение системы, либо оценить в рамках ограничений, которые накладываются определёнными критериями, различные альтернативы.

Ограничение представляют собой установленные пределы изменения значений или других ограничительных условий. Они могут вводится, либо разработчиком модели - искусственные ограничения, либо самой системой вследствие некоторых присущих ей свойств.

Имитационное моделирование динамики экосистем предполагает знание механизмов перераспределения загрязнений в окружающей среде, наличие функциональной модели переноса примесей, информация о природных и антропогенных загрязнителях, приоритетных для данной экосистемы.

Перераспределение природных и антропогенных загрязнений в морской среде обусловлено высокой подвижностью водных масс, находящихся в поле различных сил, действующих на эти массы в океане.

Приоритетным процессом, обеспечивающим перенос примесей в океане является адвекция, т.е. перенос загрязнения с движущимися массами. Второй по значимости механизм переноса - диффузия примесей.

Диффузия - перенос каких-либо субстанций в результате хаотических молекулярных или турбулентных движений природной водной среды.

В общем случае перенос примесей в морской среде осуществляется и за счёт диффузии, и за счёт адвекции. Выражение для вектора потока примесей во всех направлениях имеет вид:

 , (1)

где  - коэффициент, характеризующий перенос за счёт диффузии,  - градиент концентрации примесей,  - вектор скорости жидкости,  - концентрация примесей.

Локальное изменение концентрации примесей во времени в элементарном объёме неподвижной среды в результате её убывания за счёт диффузионного потока q во всех направлениях имеет вид:

. (2)

Знак минус, потому что поток убывает.

Если подставить выражение (1) в выражение (2), то придём к выражению для уравнения диффузии примесей в движущейся жидкости

,

где  в молекулярной диффузии,  и  - горизонтальный и вертикальный коэффициенты турбулентной диффузии.Прогнозирование экологического состояния морской среды обычно сводится к рассмотрению различных вариантов перераспределения примесей из выявленных и изученных в процессе экологических исследований источников загрязнения с известным (или измеренным) полем скоростей водного потока.В этом случае для расчёта перераспределения примесей используется осреднённое уравнение турбулентной диффузии примесей в движущейся жидкости при заданных начальных и граничных условиях, то есть

.

Граничные условия:  и .

Начальные условия: при.

Модель термогидродинамики моря

Для моделирования термогидродинамических характеристик Белогоморя используется трехмерная модель ААНИИ-ИО, основанная наполных уравнениях движения со свободной поверхностью и гидростатическом приближении. Уравнения записаны в сферической системе координат.

Уравнения движения:

Уравнение переноса тепла и солей:

Уравнение неразрывности:

Уравнение гидростатики:

;

Здесьλ - долгота; θ - широта; z - вертикальная координата,направленная вверх; t - время; u,v,w - компоненты скорости по осямλ,θ, z, соответственно; r - радиус Земли; g - гравитационноеускорение; T - температура; S - соленость; l = 2Ωcosθ - параметрКориолиса; Ω - угловая скорость вращения Земли; k и A - коэффициенты горизонтального и вертикального турбулентногообмена; P - давление; ρ - плотность; ρ0 - средняя плотность. На поверхности моря задается условие:

На дне задается условие теплоизоляции:

На горизонтальных границах задаются условия не прилипания:

;,

где n направлена перпендикулярно к берегу;vn,vt - нормальные итангенциальные компоненты скорости.

На берегу задается условие:

.

В качестве начальных условий задавалась покоящаяся устойчиво стратифицированная жидкость. Начальная концентрация биогенных элементов считалась постоянной по пространству. На северной (жидкой) границе температура, соленость и свободная поверхность задавались из решения задачи о крупномасштабной циркуляции Северного Ледовитого океана.

.3.5 Экспертный системный анализ

Правовая основа экологического воздействия

Для уменьшения или полного устранения загрязнения морской среды устанавливаются нормы и стандарты, относящиеся к конструкции судов, морских сооружений, портов и их оборудованию, а для предупреждения преднамеренного загрязнения морской среды, не вызванного необходимостью, предусматриваются санкции в отношении виновных лиц. В настоящее время существуют различные пути ограничения техногенной деятельности, способствующей загрязнению морской среды, среди которых следует выделить четыре договорно-правовых способа регулирования подобной деятельности:

полное запрещение, предполагающее, что ни при каких условиях то или иное вещество не может сбрасываться в море;

стандарты сброса, оценивающее максимально допустимое содержание рассматриваемого загрязнителя в сбросе;

технологические стандарты, определяющие требования к конструкции и оборудованию судов и морских сооружений, а также к операциям, способным привести к нежелательному сбросу;

разрешительные режимы, означающие, что сброс тех или иных загрязнений возможен лишь с разрешения, выдаваемого компетентными властями.

Первая Международная конференция по проблеме загрязнения нефтью с судов состоялась в 1926г. в Вашингтоне, однако принятая на ней конвенция, предусматривающая ограничение сбросов нефти в прибрежных зонах, так и не вступила в силу. Только в 1954г была принята Международная конвенция по предотвращения загрязнения моря с судов, в течение многих лет остававшаяся единственным универсальным международным договором, направленным на защиту морской окружающей среды. Всего две статьи в Конвенции, принятой на первой Конференции ООН по морскому праву 1958г, были посвящены предотвращению загрязнения моря. Так, статья 24 предусматривала обязанность государств «издавать правила для предупреждения загрязнения морской воды нефтью с кораблей и трубопроводов или в результате разработки и разведки поверхности морского дна или его недр, принимая при этом во внимание постановления действующих договоров по данному вопросу».

Дальнейшее развитие международного сотрудничества в области предотвращения загрязнения морской среды связано с деятельностью Международной морской организации (ИМО), по инициативе которой, начиная с 1962г. было проведено несколько крупных конференций, принявших различные поправки к Конвенции 1954г. Так, вторая Международная конференция, проходившая в Лондоне в 1962г, значительно переработала и усилила Конвенцию 1954г. Как и в своем первоначальном виде, Конвенция 1954г, измененная поправками 1962г, продолжала базироваться на режиме «запретных зон», но многие из них были увеличены до 100 и 150 миль.

Международная конференция, посвященная проблеме предотвращения загрязнения моря, побережья и атмосферы судами и другими объектами, эксплуатируемыми в морской среде, была созвана в 1973г. в Лондоне по инициативе Ассамблеи ИМО. Основной целью этой конференции являлось достижение полного прекращения преднамеренного загрязнения моря нефтью и иными веществами и сведение к минимуму их случайных разливов. Главным вопросом повестки дня конференции явилось обсуждение и принятие Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (Конвенции МАРПОЛ-73). Структурно Конвенция состоит из 20 статей, двух протоколов, отражающих порядок передачи информации об инцидентах, связанных со сбросом загрязненных веществ (Протокол-1), арбитражной процедуры урегулирования споров (Протокол-2) и пяти приложений. Статьи Конвенции отражают общие нормы, относящиеся ко всем приложениям, и образуют правовую базу для практического применения каждого из них. Любое из приложений может по существу считаться самостоятельной конвенцией и применяться одно независимо от другого. Они содержат: Правила предотвращения загрязнения нефтью (Приложение 1); Правила предотвращения загрязнения вредными жидкими веществами, перевозимыми наливом (Приложение 2); Правила предотвращения загрязнения вредными веществами, перевозимыми морем в упаковке, грузовых контейнерах, съемных танках и автодорожных и железнодорожных цистернах (Приложение 3); Правила предотвращения загрязнения сточными водами с судов (Приложение 4); Правила предотвращения загрязнения мусором с судов (Приложение 5).

Значительный вклад в предотвращения загрязнения моря в результате аварий привносят соглашения по обеспечению безопасности человеческой жизни на море: Международная конвенция по охране человеческой жизни на море 1974г (Конвенция СОЛАС - 74); Протокол 1978г к Конвенции СОЛАС - 74 (Протокол СОЛАС - 78) с учетом поправок 1981, 1983, 1988 и 1989гг., Конвенция о международных правилах предупреждения столкновения судов в море 1972г. с поправками 1982г.; Международная конференция о подготовки и дипломировании моряков и несении вахты 1978г. и др.

Весьма значительным нововведением Конвенции МАРПОЛ - 73/78 явились положения об особых районах. В Правиле 1 Приложения 1 сказано, что под особым районом понимается «морской район, где по признанным техническим причинам, относящимся к океанографическим и экологическим условиям, а также специфике судоходства в нем необходимо принятие особых обязательных методов предотвращения загрязнения нефтью». В Конвенции указано, что особыми районами являются: для сброса нефти и мусора - Средиземное, Балтийское, Черное, Красное моря и Персидский залив; для вредных жидких веществ - Балтийское и Черное моря.

Наряду с универсальными международными конвенциями, действие которых распространяется на весь Мировой океан, для защиты морской среды от загрязнения важное значение приобретают региональные соглашения, сфера действия которых, как правило, ограничена наиболее уязвимыми акваториями (замкнутые и полузамкнутые моря и т.д.). К таким договорам относятся, в частности, Соглашение между Бельгией, Данией, ФРГ, Великобританией, Нидерландами, Норвегией и Швецией, заключенное в 1969г. в Бонне о сотрудничестве по борьбе с загрязнением нефтью вод Северного моря. Это соглашение применяется тогда, когда разлив нефти может составить серьезную опасность для побережья или связанных с ним интересом прибрежных государств. По соглашению все Северное море разделено на условные зоны, очертания которых повторяют границы континентального шельфа прибрежных государств. Значительным источником загрязнения морской среды с судов является мусор и пищевые отходы. При попадании в воду мусор может тонуть, плавать, растворяться. Плавающий мусор безвреден, но были случаи, когда в районе выброса на берег он становился источником неизвестных ранее болезней и вредителей, служил адсорбентом для плавающих нефтепродуктов. Затонувший мусор, скапливаясь на морском дне, оказывает влияние на естественные условия жизнедеятельности морской флоры и фауны, вплоть до исчезновения какого-либо вида. Растворившейся мусор изменяет окраску воды, насыщает ее веществами, для окисления которых требуется большое количество кислорода, придает воде неприятный запах и привкус. В соответствии с Санитарными правилами для морских судов запрещается сброс сепарационных, обшивочных и упаковочных материалов, обладающих плавучестью, на расстоянии меньше, чем 25 миль от берега, а пищевых отходов и прочего мусора - на расстоянии менее 12 миль от берега. Исключением является случай, когда сбрасывают мусор, измельченный до размеров менее 25 мм, а судно находится от берега более чем на 3 мили.

Меры, принимаемые для предотвращения загрязнения Балтийского моря. Для предотвращения загрязнения в районе Балтики была принята конвенция по защите морской среды района Балтийского моря, 1992г. В которой указывалось, что:

. Договаривающиеся Стороны обязуются принимать меры по предотвращению и ликвидации загрязнения района Балтийского моря, поступающего из наземных источников, посредством использования наилучшей природоохранной практики на всех источниках загрязнения и наилучшей имеющейся технологии на точечных источниках. С этой целью каждая Сторона принимает соответствующие меры в водосборном бассейне Балтийского моря без ущерба для своего суверенитета.

. Договаривающиеся Стороны осуществляют процедуры и меры, изложенные в приложении III, с этой целью Договаривающиеся Стороны, в частности, сотрудничают соответствующим образом в разработке и принятии специальных программ, руководств, стандартов и правил, касающихся выбросов в воздух и сбросов в воду, качества окружающей среды, продукции, содержащей вредные вещества и материалы, и их использования.

. Вредные вещества из точечных источников не должны вводиться прямо или косвенно в морскую среду района Балтийского моря, исключая их поступление в незначительных количествах, без предварительного специального разрешения, выданного соответствующим национальным органом согласно принципам, изложенным в Правиле 3 Приложения III. Такое разрешение может периодически быть предметом пересмотра. Договаривающиеся Стороны обеспечивают мониторинг и контроль за осуществлением разрешенных сбросов в водные объекты и выбросов в воздух.

. Если сброс в водоток, протекающий по территории одной или более Договаривающихся Сторон или образующий границу между ними, может вызвать загрязнение морской среды района Балтийского моря, заинтересованные Договаривающиеся Стороны совместно и по их возможности в сотрудничестве с третьим заинтересованным или затронутым инцидентом государством принимают надлежащие меры в целях предотвращения или ликвидации такого загрязнения.

.3.6 Принятые меры по охране окружающей среды на проектируемом судне

На судне предусматривается комплекс мероприятий, направленных на выполнение требований, изложенных Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов 1973г. (МАРПОЛ 73/78) в части приложений I (нефть), IV (сточные воды), V (мусор) и в Правилах по предотвращению загрязнения с судов в части положений - нефть, сточные воды, мусор.

) Для предотвращения загрязнения моря нефтяными продуктами предусмотрено:

сепаратор, обеспечивающий очистку воды от нефтесодержащих продуктов до 15 на миллион с последующим сливом за борт. Контроль за содержанием нефтепродуктов и автоматическое прекращение сброса за борт будет осуществляться с помощью сигнализатора;

цистерна для сбора льяльных вод емкостью 2,22 куб.м.

Расчет емкости для цистерны выполнен для проектируемого малого научно-исследовательского судна согласно «Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов», 1973 г. с протоколом 1978 г. (МАРПОЛ - 73/78), «Правил по предотвращению загрязнения с судов» Регистра 2005 г. и «Санитарных правил для морских судов промыслового флота», 1980г.

В соответствии с п.7.1.4.3 части 2 ПЗС судно валовой вместимостью 400 и более должно быть оборудовано танком для сбора нефтяных остатков.

Судно имеет вместимость GT< 400

В соответствии с п.7.1.10 части 2 «Правил по предотвращению загрязнения с судов» на судне должен быть отдельный танк для накопления дренажа и утечек нефти вместимостью:

= 20 xDxP / 106 = 20 x 15 x 746 / 106 = 0,298 м3,

где:

D = 15 суток - продолжительность рейса

Р = 746 кВт - мощность главной силовой установки

Проектом предусмотрена цистерна сбора нефтеостатков емкостью 0,75 м3.

В указанную цистерну собираются протечки топлива и масла от поддонов цистерн и оборудования, а также отстой топлива из цистерны сбора отсепарированной воды сепаратора топлива.

В топливной системе применен не самоочищающийся центробежный сепаратор, где твердые примеси откладываются на стенке барабана и периодически очищаются вручную.

Для предотвращения загрязнения моря льяльными водами машинных помещений на судне предусматривается сепаратор производительностью 0,5 м3/час, который обеспечивает очистку сливаемой за борт воды до содержания в ней нефти не более 15 млн-1. Сепаратор включает фильтрационное оборудование и прибор, обеспечивающий подачу сигнала и автоматическое прекращение сброса воды за борт при превышении нормы содержания в ней нефти.

В соответствии с п.7.1.1. части 2 ПЗС любое судно, оснащенное сепарационным оборудованием, должно иметь цистерну для сбора льяльных вод.

При мощности главной силовой установки менее 1000 кВт вместимость цистерны составляет: = 1,5 м3

) Для предотвращения загрязнения моря сточными водами и хозяйственно-бытовыми водами на судне предусмотрена установка обработки сточных вод производительностью 5,4 куб. м/сут. оснащается установкой цистернами сбора шлама и стоков.

Расчет произведен согласно п.3.3.9. «Санитарных правил для морских судов промыслового флота» расчетное количество сточных и хозяйственно-бытовых вод составляет 75 литров в сутки на одного человека.

В соответствии с формулой 2.3.1. части IV ПЗС пропускная способность установки для обработки сточных вод на 18 человек составляет:= 18 х 0,075 = 1,43 м3/сут

Для накопления сточных вод в случае ремонта установки или стоянки в порту на судне предусмотрена цистерна сточных вод емкостью 2,38 м3.

Удаление сточных вод из цистерны производится откачкой за борт в разрешенных районах, либо выдачей в береговые емкости.

В случае стоянки в порту емкость цистерн обеспечивает автономность:

А = 2,38 / 1,43 = 1,7 сут.

В случае длительной стоянки в порту, администрация судна должна принять меры к ограничению использования санитарно-технического оборудования или обеспечить выдачу сточных и хозяйственно-бытовых вод в береговые емкости.

3) Для предотвращения загрязнения моря мусором на судне предусмотрены контейнеры.

Для определения массы мусора принята рекомендация п.3.4.8. «Санитарных правил для морских судов» по расчетным нормам образования мусора на одного человека в сутки.

Накопление мусора за 15 суток рейса на 18 человек составляет:

сухой бытовой мусор : 0,002 х 15 х 18 = 0,54 м3

пищевые твердые отходы : 0,003 х 15 х 18 = 0,81 м3

Для сбора и хранения мусора с последующей сдачей его на берег на судне предусмотрено 4 контейнера емкостью 0,75 м3 каждый:

один для сухого бытового мусора

два для пищевых твердых отходов

один для пластмасс

4) На судне предусмотрены системы для приема и выдачи топлива и масла, выдачи в береговые емкости или судно-сборщик сточных и хозяйственно-бытовых вод, льяльных вод, отработанного масла и нефтеостатков через патрубки с фланцами международного образца.

Станция приема и выдачи топлива и масла оборудуется устройством для дистанционной остановки насосов и комингсом для сбора протечек, которые отводятся в цистерну сбора нефтеостатков.У патрубка выдачи сточных вод установлено устройство для дистанционной остановки насоса.

5) В части применения материала корпуса, конструкций корпуса, механизмов и систем проектируемого судна по всем требованиям соответствуют положениям, Правил и Нормам нормативных и отраслевых документов.

Раздел 2. Проектирование

.1 Научно-исследовательские суда, как часть системы технических средств

море судно якорный

Эффективность универсальных научно-исследовательских судов связана, с одной стороны, с выполнением научных задач рейса, а с другой - мореходностью, определяющей условия труда научного персонала и практическую возможность выполнения задания.

В настоящее время в России отсутствуют специально разработанные и официально утвержденные правила постройки НИС. Проектирование и строительство осуществляется по правилам классификационных обществ.

Специфические и дополнительные требования формируются заказчиком в техническом задании и касаются следующих основных технико-тактических элементов: главных размерений, водоизмещения, мореходности, управляемости, скорости хода, дальности плавания, автономности, типа судовой энергетической установки, средств вибрации, оборудования, обитаемости.

Для сведения к минимуму потерь времени по погодным условиям научно-исследовательские суда должны обладать хорошими мореходными качествами, обеспечивающими проведение научных исследований при состоянии моря 6-7 баллов.

Мореходность обуславливает: остойчивость, непотопляемость, маневренность.

Необходимость размещений лабораторий, специальных устройств и оборудования (кранов, лебедок и т.п.) для ведения исследований, работы с повешенной за борт аппаратурой ведет к стремлению обеспечить судам повышенную остойчивость. Однако излишняя остойчивость влечет за собой порывистую качку, что нежелательно для научно-исследовательского судна со всех точек зрения, так как усложняет работу с забортной аппаратурой, препятствует, или вовсе исключает использование грузовых и специальных устройств, изнуряет экипаж. Поэтому научно-исследовательские суда при повышенной устойчивости должны иметь максимально возможный период качки. Для уменьшения качки применяются различные успокоительные устройства. Чаще всего это скуловые кили или пассивные успокоительные цистерны, но возможно использование управляемых рулей, активных цистерн, гироскопических устройств.

Скорость хода научно-исследовательских судов на практике имеет три режима: плавание на полных скоростях хода, плавание на малых скоростях хода (до 5 уз), плавание на станции (без хода) в свободном дрейфе и в режиме буксирования.

Обычно на полных скоростях хода суда совершают переходы от базы к району работ. Международная практика показывает, что исследовательские суда в период нахождения в море до 80% всего времени тратят на работы, выполняемые без хода судна или в режиме малых скоростей.

При проектировании научно-исследовательского судна основное внимание уделяют обеспечению функциональной взаимосвязи судового и лабораторного оборудования и устройств для повышения эффективности их использования.

Каждое научно-исследовательское судно оборудуется специфичными устройствами для работы с забортной аппаратурой: лебедками, океанографическими кранами, кран-балками, откидными площадками и т.п. Эти устройства являются неотъемлемой частью оборудования научно- исследовательского судна, поэтому вопросам конструирования и рационального размещения устройств уделяют большое внимание в процессе проектирования.

По современным представлениям большое число изолированных лабораторий на некоторых существующих судах не являются достоинством, так как это приводит к усложнению конструкций и общей организации исследовательских работ, ненужному дублированию оборудования, удорожает неизбежную модернизацию судна в последующие годы, повышает стоимость постройки и эксплуатации судна. На судне рекомендуется предусмотреть 4-5 просторных лабораторий.

Непременное требование, которое необходимо учитывать при выборе оборудования и механизмов исследовательского судна, а также его конструктивных решений - подавление разного рода помех (шумы, вибрация и т.п.).

Суда должны быть оснащены специальной штурманской аппаратурой для точного определения места в море, а также специальной гидроакустической аппаратурой, более мощными, чем на других исследовательских судах средствами радиосвязи и радионавигации.

Современные научно-исследовательские суда оборудованы новейшей электронно-вычислительной техникой, благодаря чему научные сотрудники освобождены от трудоемких работ по обработки результатов измерений.

На каждом научно-исследовательском судне необходимо предусмотреть места для хранения исследовательской аппаратуры, а также установить хотя бы один промерный бот для взятия проб в прибрежных районах.

Научно-исследовательские суда, как часть системы технических средств, предназначенных для комплексного изучения Мирового океана, являются своеобразной платформой-носителем измерительной аппаратуры. Его состав диктуется уровнем и конкретными задачами научных исследований, определяемых научно-исследовательскими институтами. Так, например, сюда входят зондирующие и буксируемые измерители, проточные анализаторы, устройства отбора проб и другие приборы для оценки характеристик морской воды и грунта. Для проведения работ с погружаемой аппаратурой необходимы рабочие площадки и палубное оборудование - лебедки, устройства вывода троса с оборудованием за борт и т.п. Бортовые блоки измерителей вместе с компьютерными устройствами обработки и представления данных обычно размещаются в специализированных лабораториях. Нужны помещения для хранения забортного оборудования и отобранных проб. Часть этих лабораторий на ряду со стационарными могут располагаться в агрегатированных, специально-приспособленных для этих целей съемных контейнерах. Все это вместе является так называемым палубно-лабораторным комплексом, состав и расположение которого регламентируют дальнейшие требования к типу и особенностям конструкции судна.

В зависимости от используемого проекта судна, задача создания

оптимального варианта палубно-лабораторного комплекса имеет несколько

решений. Одним из них является создание экспедиционного судна на основе уже разработанного проекта, т.е. используя этот проект можно оснащать его комплексом палубного оборудования и лабораторий с соответствующей аппаратурой для проведения научных исследований. При подобном подходе требуются доработки в конструкции судна.

В зависимости от степени необходимой доработки, в мировой практике существуют четыре основных направления предполагаемого подхода, а именно:

доработка с изменением основных измерений судна, а также с изменениями в конструкции корпуса судна и его надстроек;

доработка исходного проекта без изменения его основных размерений с частичным изменением конструкции только надстроек;

размещение палубно-лабораторного комплекса в виде контейнерных конструкций на готовом судне;

- размещение разрозненного палубного оборудования и приборного оснащения по месту на готовом судне.

На данном судне реализуются 2 направления, а именно:

размещение палубно-лабораторного комплекса и съемного контейнера, специально приспособленного для проведения локальных исследований. В этом случае лабораторный комплекс может меняться в зависимости от научно-исследовательских задач.

Решение данной задачи целесообразно проводить путем локального изменения главныхразмерений судна, энергетической составляющей и социально-бытового комплекса и т.д. Опыт создания научно-исследовательских судов в мировой практике базируется на принципе использования промысловых судов, как имеющих форму корпуса и объемы помещений, а также энергетические составляющие, в наибольшей степени, отвечающих целям и задачам научно-исследовательских судов. Кроме этого немало важным фактором является и экономическая составляющая - минимальные затраты проектные и экономические в процессе проектирования и постройки данного судна. Проведенный анализ разработанных судов КБ «Восток» показал, что наиболее близким прототипом является малый рыболовный траулер - рефрижератор пр.22210.

Он имеет следующие основные характеристики:

длина наибольшая , м ок. 32,0

длина между перпендикулярами, м ок.28,0

ширина, м 9,0

высота борта, м 4,5

осадка, м 3,2

А также приемлемые характеристики скорости свободного хода

(ок. 11 уз), энергетические показатели(мощность ГД 746 кВт, мощность электростанции ок.320 кВт) и площади и объемы социально-бытового комплекса, включая рефрежираторный трюм(V=200 м3). Силуэт судна приведен на рис.2.1.

При разработке научно-исследовательского судна были использованы материалы технического проекта судна пр.22210, отечественные и зарубежные нормативные документы.

Рис. 2.1 Общее расположение судна пр. 22210

2.2 Основные направления разработки судна

Цель: создание научно-исследовательского судна для проведения научно-исследовательских работ в I ограниченном районе согласно Правил Российского Морского Регистра Судоходства на континентальном шельфе.

Задачи:

Определение формы корпуса и разработка общего расположения судна;

Проведение необходимых расчетов по общепроектным характеристикам и энергетическим составляющим;

Определение необходимых показателей, отражающих реализацию требований к научно-исследовательским судам;

.3 Описание судна

.3.1 Назначение судна

Малое научно-исследовательское судно (НИС) предназначено для реализации научно-исследовательских работ в прибрежных зонах открытых и закрытых морей, водохранилищ и крупных озер для реализации выполняемых научно-исследовательских программ специализированными институтами.

.3.2Тип и класс судна

Тип судна - морское, с корпусом из стали, дизельное, одновинтовое, с винтом регулируемого шага, однопалубное, с избыточным надводным бортом, кормовым расположением машинного отделения, смещенной в нос от миделя надстройкой, транцевой кормовой.

Класс судна - КМ Е1IA3 специальное Российского Морского Регистра Судоходства.

2.3.3 Район плавания и эксплуатации судна

Район плавания - I ограниченный согласно Правил Регистра и III категории по Санитарным правилам морских судов.

Район эксплуатации - прибрежные зоны открытых и закрытых морей РФ.

Расчетные температурные условия:

воздух: зимой - 23оС, летом + 22оС;

вода: зимой - 0оС, летом + 20оС.

.3.4 Архитектурный облик судна

При формировании архитектурного облика (экстерьера судна) и общего расположения судна были приняты общие подходы решения поставленных задач в процессе проектирования:

- создание функционально законченных модулей: палубно-лабораторного (включая съемный модуль), энергетического, жилого и управленческого (безопасность судовождения и управления техническими средствами).

- расположение энергетической установки, основных судовых систем в машинном отделении, которое располагается максимально удаленным от жилого комплекса и не оказывающего влияния на работу научного оборудования;

- формирование жилого модуля как единого района расположения экипажа, соответствующих бытовых помещений, помещений для снятия психологических и физических нагрузок экипажа;

- обеспечение требований безопасности при эксплуатации судна, включая оптимизацию путей движения экипажа в нормальных условиях и аварийных ситуациях;

2.3.5 Требования к научно-исследовательскому судну

Наличие лабораторий и их размещение Экипаж (судокоманда и научный персонал) Автономность

.4 Обще-проектные характеристики судна

.4.1 Главные размерения судна

Определение размерений проводилось при сохранении ширины судна, его удлинении, сохранении расчетных значений ходовых характеристик прототипа, обеспечении технологичности постройки судна при минимизации затрат.

Форма корпуса выбиралась на основании предварительно выполненного для судна-прототипа всестороннего обобщения и анализа корпусов судов - прототипов как отечественной постройки, так и зарубежной, а также путем её коррекции для научно-исследовательского судна, а именно:

удлинение на 4 шп.;

изменение формы и площади верхней палубы;

введение надстройки и рулевой рубки.

В связи с тем, что форма корпуса судна-прототипа отрабатывалась в трехмерной математической модели, разработанные обводы судна- прототипа имеют следующие коэффициенты теоретического чертежа:

общей полноты 0,58

полноты ватерлинии 0,83

полноты мидель-шпангоута 0,87

полноты носового бульба 0,11

2.4.3 Общее расположение судна

В процессе варианта проработки компоновки были учтены исходные предпосылки и требования к научно-исследовательским судам. При этом особое внимание было уделено формированию функционально самостоятельных комплексов и условиям размещения каждого из них, а также достижение высоких эксплуатационных и экономических показателей судна. В результате разработки вариант судна представлен в его общем расположении (чертеж) и сформированы следующие комплексы:

научный

энергетический;

жилищно-бытовой

управленческий (обеспечение безопасности судовождения и управления основными техническими средствами);

Экстерьер судна соответствует и отражает функциональные назначения, современные тенденции судовой архитектуры научно-исследовательского судна, а также позволит внедрить прогрессивные методы технологии постройки судна.

.4.4 Краткое описание компоновки судна

Научный комплекс

Научный комплекс включает в себя:

шесть лабораторий, одной из которых является съемный 20футовый контейнер;

трюм для хранения лабораторного оборудования;

палубное оборудование (лебедки, кран-балка, кран) для работы с научно-исследовательским оборудованием.

Как лабораторное оборудование, так и оборудование контейнера обеспечивают сменность. Это отражает универсальность судна в целом.

Управление палубным оборудованием может вестись как с местного поста, так и из рулевой рубки.

Энергетический комплекс

Энергетический комплекс состоит из:

главной энергетической установки (движительный комплекс с обслуживающими системами и оборудованием);

вспомогательной энергетической установки

аварийного дизель-генератора;

гидравлического насоса;

водогрейного котла;

механизмов общесудовых систем: вентиляции осушения;

аппаратуры системы автоматического управления техническими средствами;

цистерн топлива и масла.

Учитывая высокий уровень энергонасыщенности судна, многообразие систем различного назначения и требования к их расположению и обслуживанию, а также их соответствующий характер взаимосвязи и взаимоотношений в процессе эксплуатации судна на различных режимах, энергетический комплекс расположен в машинном отделении в кормовой оконечности судна.

Жилищно-бытовой комплекс

Жилищно-бытовой комплекс расположен в носовой оконечности на верхней палубе и на палубе бака. На верхней палубе предусмотрено размещение экипажа и научного персонала (в количестве 18 человек), столовая, камбуз с провизионной кладовой, а также санитарные помещения.

Площади жилых помещений и их оборудование с учетом назначения каждого из них и функциональных обязанностей проживающего в каюте, позволят создать комфортные условия жизнедеятельности экипажа, и возможность физиологической разгрузки от физической работы.

Для размещения экипажа предусмотрено:

три одноместные каюты;

восемь двухместных каюты.

Каюты, общественные и служебные помещения оборудованы круглогодичной системой вентиляции воздуха.Исходя из результатов компоновки жилищно-бытового комплекса, площадь каждой из двухместных кают составила 6,3 м2согласно Санитарным Правилам.

В соответствии с «Санитарными Правилами» на судне предусмотрена провизионная кладовая, в которой, в качестве охлаждаемой кладовой мяса и масла, а также молочных продуктов, солений, консервированной провизии и напитков используются производственные холодильники(2 шт.).

Для хранения сухой провизии предусматриваются шкаф-ларь, ящики и стеллаж.

Запасы провизии определены, исходя из автономности судна 15 суток и с учетом того, что судно относится к судам III категории согласно «Санитарных правил».

Количество провизии для экипажа на время автономности приведено в табл.2.1.

Управленческий комплекс

С позиции обеспечения безопасной эксплуатации судна и достижения необходимой экономической эффективности судна необходимо рассматривать судно как многоуровневую, иерархическую систему с подобным уровнем управления.

Решение этой задачи обеспечивается наличием комплекса управления судном и его основными техническими средствами, путем оснащения соответствующими техническими средствами (механическими, электрическими, электроникой) с различными видами управления или на местах расположения, или в районе дистанционного управления. При этом высшим звеном управления является навигационная рубка, расположенная в носовой оконечности судна на палубе надстройки и имеющая площадь ок. 30 м2. В ней расположен пульт судоводителя, штурманский стол и пульт управления научно-исследовательским оборудованием при выполнении операций, необходимая коммутационная аппаратура и приборы управления и сигнализации.

Табл.2.1 Количество провизии на экипаж.

.4.5 Определение водоизмещение

Для определения водоизмещения воспользуемся следующей зависимостью:

,

преобразуя это уравнение получим:

(1)

где:

 - измерители;

 - водоизмещение судна-прототипа, т;

 - скорость проектируемого судна, уз;

 - экономная скорость проектируемого судна, уз;

 - коэффициент морского запаса, принимаем - ;

 - коэффициент запаса топлива, принимаем - ;

 - удельный расход топлива, принимаем - ;

 - адмиралтейский коэффициент.

Адмиралтейский коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

;

.

.

Рассчитаем измерители по следующим формулам:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

запас водоизмещения примем: .

Составляющие нагрузки, не зависящие от водоизмещения

 (2)

где:  - масса воды, принимаем - ,

 - масса провизии, принимаем - ,

 - масса одного члена экипажа, принимаем - ,

 - автономность судна, принимаем - ,

 - количество экипажа, принимаем -

Подставляя в (2) получаем:

т.

Подставляя значения масс разделов нагрузки в (1), уравнение нагрузки окончательно принимает вид:

.

уравнение нагрузки окончательно принимает вид:

Далее решаем его графически;

Рис. 2.2 Графическое решение уравнения.

В результате решения получаем:D=397

Расчет мощности энергетической установкив первом приближении проводим по следующей формуле:

.

Вычислим нагрузку в первом приближении:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Табл. 2.2 Нагрузка судна в первом приближении

.4.6 Определение главныхразмерений и коэффициента общей полноты

Относительная длина судна рассчитывается по формуле:

Длину в первом приближении рассчитаем по формуле:

.

Принимаем отношения  и  как у прототипа:

;

.

Рассчитаем коэффициент полноты по формуле:

Отсюда другие размерения получаем по следующим соотношениям:

;

;

.

Для дальнейших расчетов принимаем:=441т;=34,4м;=8,4м;=4,2м;=3м;

=0,52.

2.4.7 Расчет мощности во втором приближении

Мощность энергетической установки, которая обеспечивает судну заданную скорость, во втором приближении рассчитывается по формуле:

, (3)

где:  - буксировочная мощность судна, кВтэксплуатационное сопротивление движению, кН

 - расчетная скорость судна в м/с,

 - пропульсивный коэффициент,

- коэффициент, учитывающий воздушное сопротивление,

- коэффициент, учитывающий неточность расчета,

- запас мощности.

Эксплуатационное сопротивление движению рассчитывается по формуле

где  - коэффициент сопротивления трения,  - коэффициент остаточного сопротивления,  - надбавка на шероховатость,  - коэффициент сопротивления выступающих частей,  -площадь смоченной поверхности

;

,

Площадь смоченной поверхности по формуле Мурагина:

м².

Буксировочное сопротивление на тихой воде:

кН;

Пропульсивный коэффициент:

,

 - число оборотов гребного винта. Буксировочная мощность:

, кВт.

Подставляя значения в формулу (3)

.

2.4.8 Уточнение нагрузки и определение водоизмещения во втором приближении

Масса разделов нагрузки устройства, системы, электроэнергетические системы, вооружения, запасные части, твердый балласт, постоянные жидкие грузы, снабжение и имущество подсчитываются с учетом кубического модуля. Масса разделов нагрузки энергетическая установка, топливо, масло, вода с учетом уточненной мощности.

Масса раздела нагрузки корпус можно подсчитать по формуле:

m;

.

;

.

;

.

;

.

;

.

;

.

.

;

.

;

.

.

.

;

.

Табл. 2.3Нагрузка судна во втором приближении.

Для того, чтобы выяснить, насколько изменилось водоизмещение судна после второго приближения, необходимо вычислить коэффициент Норманна . Он учитывает тот факт, что приращение нагрузки не равно приращению водоизмещения, т. е.

.

Коэффициент Нормана

,

m;

m.

Определение размерений во втором приближении.

Вычисляем модуль пересчета:

;

размерения проектируемого судна во втором приближении:

м;

м;

м;

м.

Для дальнейших расчётов примем:

Водоизмещение полное 437 т

Длина по КВЛ 34,4 м

Ширина по КВЛ 9,3 м

Высота борта 4,2 м

Осадка 3 м

Коэффициент общей полноты 0,52

.4.9 Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности.

Табл. 2.4 Расчет буксировочной мощности и сопротивления.

В таблице 2.4:

 - коэффициент трения голого корпуса,

 - коэффициент остаточного трения,

 - коэффициент шероховатости, принимаем - ,

 - коэффициент выступающих частей, принимаем - ,

 - площадь смоченной поверхности.

Площадь смоченной поверхности  вычисляется по следующей формуле:

.

Рис. 2.3Зависимость буксировочного сопротивления и буксировочной мощности от скорости.

Из графика получаем:

для расчетного режима (): , ;

для экономического режима (): , .

Рассчитаем КПД грибного винта который обеспечивает судну заданную скорость движения. Эксплуатационное сопротивление движению судна:

Диаметр гребного винта выбирается из условия: ,

Подставив значения получим: .

Число лопастей примем .

Коэффициенты взаимодействия винта и корпуса рассчитываются по формулам:

,

где  - коэффициент попутного потока;

 - коэффициент засасывания;

 - объемное водоизмещение.

Подставив известные значения получим:

Определение минимально допустимого дискового отношения из условия обеспечения прочности и отсутствия кавитации дискового отношения гребного винта.

Из условия обеспечения прочности:

,

Где  - относительный диаметр ступицы гребного винта, примем: ;

 - относительная толщина сечения лопасти на радиусе ;

 - коэффициент, учитывающий условия работы гребного винта, примем - ;

 - упор;

 - полезная тяга;

 - допускаемые напряжения материала лопасти, для углеродистой стали и марганцовистой латуни .

При подстановке известных значений получим:

.

Осевое число кавитации:

,

где:  - заглубление оси винта;

 - удельный вес воды;

, м/с.

Подставляя значения получаем:

следовательно, кавитация отсутствует.

КПД винта определяется по методике, некавитирующих широколопастных ГВ.

Коэффициент задания:

,

относительная поступь:

шаговое отношение:

частота вращения ГВ:

Коэффициент упора в швартовном режиме ():

Относительная поступь нулевого упора:

Нормализованная относительная поступь:

Коэффициент упора:

,

где:  - нормализованный коэффициент упора,

тогда:

;

коэффициент момента, соответствующий поступи нулевого упора:

коэффициент момента:

КПД ГВ в свободной воде:

.

Полный КПД ГВ:

,

где:  - коэффициент влияния корпуса,

 - КПД валопровода,

.

2.4.10 Главные размерения судна

Табл. 2.3 Главные размерения.

Задавались главные размерения (длина наибольшая, длина между перпендикулярами, ширина наибольшая, высота борта), осадка по летнюю грузовую марку определялась после расчета нагрузки масс судна порожнем и водоизмещения в целом. Расчет осадки был произведен по формуле: Используем зависимость

= γ*kвч*δ*L*B*T

Отсюда T=D/( γ*kвч*δ*L*B )

γ = 1,025 т/куб.м - удельный вес морской воды δ = 0,28 - коэффициент общей полноты kвч= 1,01 - коэффициент выступающих частей В результате осадка принята 3 м.

.4.11 Автономность судна

Автономность судна определена из опыта работы научно-исследовательских судов и учитывая район эксплуатации судна составляет 15 суток. Автономность судна обеспечивается с принятыми запасами топлива, смазочного масла и пресной воды, которая пополняется в течение рейса от опреснительной установки.

2.4.12 Экипаж судна

Численность и функциональные обязанности членов экипажа приведены в табл.2.4 с учетом класса автоматизации судна и опыта эксплуатации подобных судов.

В результате численность экипажа проектируемого судна принята в количестве 8 человек, остальные 10 человек представляют собой научную группу.

Табл. 2.4 Экипаж.