Полная версия
Остойчивость грузового судна
Валерий Филимонов
Остойчивость грузового судна
Предисловие
Увеличение размеров грузовых судов и оборудование их самым современным оборудованием и электронными приборами не сделало их непотопляемыми от потери остойчивости.
Эффективная эксплуатация современных грузовых судов возможна только, если капитан и все его помощники имеют надлежащие знания по теории остойчивости и практические навыки по их применению на судах в различных условиях и обстоятельствах.
В последние пять лет произошли катастрофы с грузовыми судами, которые красноречиво показали, что суперсовременные суда не застрахованы от опрокидывания от потери остойчивости только потому, что они напичканы ультрасовременной электроникой. Безопасная метацентрическая высота и плечо восстанавливающего момента также критически важны как для современного ультра большого океанского контейнеровоза, так и для небольшого грузового суденышка прибрежного плавания, а в некоторых обстоятельствах огромное океанское судно даже более уязвимо, чем небольшой костер, например, в условиях параметрической качки.
Разумеется, что на всех современных судах установлены компьютеры с самым современным программным обеспечением, позволяющим учитывать в расчетах поперечной остойчивости грузовых судов даже изменения, которые еще пару десятков лет назад были просто невозможны, однако их практическое, эффективное использование. невозможно, если капитан и его помощники недостаточно ясно понимают вопросы теории остойчивости.
Для эффективной эксплуатации специализированных судов, предназначенных для транспортировки крупногабаритных и тяжеловесных грузов и оборудованных грузовыми кранами, базовых знаний теории остойчивости, которые преподают в мореходных заведениях уже недостаточно, поэтому судоводителям необходимо повышать соответствующие знания самостоятельно и приобретать навыки в процессе работы на таких судах.
Развитие торгового судоходства показало, что знаний никогда не бывает много, тем более что знания судоводителей со временем нуждаются в обновлении.
Настоящая книга серии «Морская практика-Балтийский Ллойд» предназначена для специалистов, занимающихся эксплуатацией торговых судов и может быть полезна для курсантов и студентов соответствующих специальностей.
Энергоэффективность и ресурсосбережение
Современную эксплуатацию торговых судов невозможно представить без соблюдения требований Международного кодекса по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращению загрязнения окружающей среды.
В современном цивилизованном мире, эффективная эксплуатация судна всегда сопровождается защитой окружающей среды и непрерывным выполнением комплекса мер, направленных на уменьшение вредных выбросов в атмосферу и водную среду всех видов эксплуатационных отходов.
Стремление к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду коммерческого водного транспорта расширяется и приобретает глобальные масштабы.
Большинство первоклассных судоходных компаний и операторов либо уже перешли, либо находятся на той или иной стадии перехода на эксплуатацию своих судов с максимально возможной энергетической эффективностью и ресурсосбережением.
При этом установлено, что наибольший эффект достигается при системном подходе, с применением самых современных разработок, в числе которых, инновационный дизайн корпуса судна, включая обводы форштевня и ахтерштевня; обтекаемый дизайн бака с ветряным обтекателем (bow wind shield), надстройки с рулевой рубкой, а также комбинированной формы бака с надстройкой, таких как SSS-bow (Носовая оконечность полусферической формы) и Ulstein X-bow (Форштевень с обратным наклоном) ; различные компоновки винто-рулевого комплекса, например, с гребным винтом в фиксированной насадке и ассиметричным пером руля, рулями типа «Гейт»; двухтопливные двигатели; гибридные источники энергии; использование энергии ветра: ветряные роторы, всасывающие паруса eSAIL® и жесткие паруса WindWings®; применение специального программного обеспечения, включая планирование маршрута перехода с учетом гидрографических и гидрометеорологических условий; специальное обучение и подготовка экипажей и офисных работников компании; внедрение соответствующих методов и процедур управления и эксплуатации; развитие и совершенствование у всех работников культуры энергетической эффективности и ресурсосбережения.
Политика, направленная на энергетическую эффективность и ресурсосбережение, уже вышла за пределы отдельных компаний и приобретает государственное значение.
В Российской Федерации, эксплуатация объектов водного транспорта, морского и речного, должна осуществляться в соответствии с техническими регламентами. Оба регламента содержат требования к энергетической эффективности и ресурсосбережению.
«Технический регламент о безопасности объектов морского транспорта», Глава II. «Требования к безопасности объектов морского транспорта»:
«66. Обеспечение требований в отношении энергетической эффективности и ресурсосбережения с целью ограничения выбросов парниковых газов должно осуществляться за счет внедрения на судах мер энергоэффективности и ресурсосбережения с учетом типов, размеров и назначений судов, их конструктивного и инженерно-технического оснащения, обеспечивающего энергетическую эффективность судов, с применением ресурсосберегающих технологий (сокращение потерь материалов при строительстве, ремонте, переоборудовании, применение безотходных и малоотходных технологий, утилизация), энергосберегающих технологий, а также со снижением объема потребления топливо-энергетических ресурсов (применение дизель-электрических движительных установок, гибридных систем, использующих несколько источников питания, переход на альтернативные моторному топливу виды топлива, такие как сжиженный природный газ, биотопливо)».
«Технический регламент о безопасности объектов внутреннего водного транспорта», Глава I. «Общие положения»:
«3. В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» настоящий технический регламент применяется в целях защиты жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного или муниципального имущества от опасности, источником которой могут стать деятельность внутреннего водного транспорта и связанная с ним инфраструктура, охраны окружающей среды, жизни и здоровья животных и растений, предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей объектов регулирования, обеспечения энергетической эффективности и ресурсосбережения.
4. Выполнение требований настоящего технического регламента должно обеспечить:
м) энергетическую эффективность и ресурсосбережение объектов регулирования.».
В числе многочисленных эксплуатационных процедур, направленных на повышение энергетической эффективности и ресурсосбережения, уже много лет применяется практика эксплуатации судов с оптимальным дифферентом.
Придание судну оптимального дифферента, который высчитывается для каждого варианта загрузки, с учетом преобладающих гидрологических и метеорологических условий, способствует уменьшению вредных выбросов в атмосферу, повышению энергетической эффективности судна и ресурсосбережению.
В процессе эксплуатации судна, специально обученный и подготовленный экипаж во взаимодействии со службой эксплуатации компании, анализирует влияние дифферента на эксплуатационные характеристики судна и приобретает навыки придания судну оптимальной посадки и дифферента, в зависимости от преобладающих условий и обстоятельств.
Автономный водный транспорт
Водоизмещающие транспортные средства автономного водного транспорта (АВТ) сохраняют плавучесть на основании тех же самых законов теории, что и классические торговые суда, поэтому их эксплуатация требует от эксплуатационников основательных теоретических знаний по теории и устройству судна и отличных практических навыков выполнения всех необходимых вычислений посадки, остойчивости, прочности и непотопляемости судна.
При этом, под эксплуатационниками следует понимать именно береговой персонал, так как, подразумевается, что на транспортном средстве АВТ не будет плавсостава, то есть экипажа.
Следует отметить, что дистанционный контроль за посадкой, остойчивостью, прочностью и непотопляемостью транспортного средства АВТ в процессе его эксплуатации, существенно отличается от того, который осуществляет экипаж судна, поэтому от береговых эксплуатационников потребуются более основательные знания теории остойчивости и устройства транспортного средства АВТ и навыки выполнения соответствующих вычислений, а также умение принимать решения только на основании данных, поступающих с датчиков транспортного средства.
На транспортном средстве АВТ экипажа не будет и береговым эксплуатационникам потребуется иметь знания и компетенции, не только сопоставимые со знаниями и компетенциями соответствующих работников плавсостава, но и обладать способностями и компетенциями дистанционной оценки обстановки, только на основании дистанционно полученных данных, а также выполнения соответствующих вычислений, причем в условиях неопределенности и дефицита времени, то есть, в ситуации, которая, с точки зрения управления сложной динамичной открытой когерентной системой, намного сложнее ситуации, в которой принимает решение капитан на судне.
Нормативные документы
Основные нормативные документы, регламентирующие остойчивость торговых судов:
Международная конвенция по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74).
Международная конвенция о грузовой марке 1966 года, измененная протоколом 1988 года к ней.
Международный кодекс остойчивости судов в неповрежденном состоянии, 2008 года.
Международный кодекс по безопасной перевозки зерна насыпью.
Международный кодекс практики для судов, перевозящих палубные лесные грузы, 1991 года.
Международный кодекс безопасной практики размещения и крепления груза. 1991, с поправками.
Международный кодекс морской перевозки навалочных грузов.
Кейптаунское соглашение 2012 года о реализации положений Торремолиносского Протокола 1993 года применительно к Торремолиносской Международной конвенции по безопасности рыболовных судов, 1977.
Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации. 1999 с поправками.
Кодекс внутреннего водного транспорта Российской федерации. 2001 с поправками.
Технический регламент о безопасности объектов морского транспорта, принятый постановлением Правительства Российской Федерации № 1307 от 29 августа 2025 года.
Технический регламент о безопасности объектов внутреннего водного транспорта, принятый постановлением Правительства Российской Федерации № 903 от 17 июня 2025 года.
Правила классификации и постройки морских судов. Часть IV. Остойчивость. НД № 2-020101-174. Российский Морской Регистр Судоходства. Санкт-Петербург. 2026.
Правила о грузовой марке морских судов. НД № 2-020101-180. Российский Морской Регистр Судоходства. Санкт-Петербург. 2026.
Правила перевозки зерна. НД № 2-020101-013. Российский Морской Регистр Судоходства. Санкт-Петербург. 2026.
Правила классификации и постройки судов (ПКПС). Часть II Остойчивость. Непотопляемость. Надводный борт. Маневренность. Российское Классификационное Общество. Москва. 2019.
Правила безопасности морской перевозки грузов. Утверждены приказом Минтранса № ВР-1/п от 21 апреля 2003 года, с изменениями от 6 июля 2012 года.
РД 31.11.21.24-96. Правила безопасности морской перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов (КТГ), утверждено Приказом Росморфлота № 44 от 29.11.1996 года.
Международный кодекс по безопасной эксплуатации судов и предотвращению загрязнения окружающей среды. 2000 с поправками.
Судовое руководство по управлению безопасностью (СУБ).
Судовое руководство по креплению грузов.
Нормирование остойчивости торговых судов
С 1 января 2020 года действует требование Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74), Глава II-1 «Конструкция – Устройство, деление на отсеки и остойчивость, механические и электрические установки», Часть В-4 «Поддержание остойчивости», Правило 20 «Загрузка судов»:
«1. По окончании загрузки судна и до его отхода капитан должен определить посадку и остойчивость судна, а также убедиться в том, что судно находится в прямом положении и отвечает критериям остойчивости, содержащимся в соответствующих правилах, и сделать об этом запись. Остойчивость судна должна всегда определяться путем расчетов или подтверждением того, что судно загружено в соответствии с одним из рассчитанных заранее условий загрузки в рамках одобренной информации об остойчивости. Администрация может допустить использование в этих целях компьютера для расчета загрузки и остойчивости или эквивалентных средств.»
Данное требование внесено в Конвенцию СОЛАС в соответствии с Резолюцией Комитета по Безопасности на Море MSC.421(98) от 15 июня 2017 года.
В Российской Федерации нормативные документы по эксплуатации морских и речных торговых судов также содержат требования к контролю посадки и остойчивости торговых судов.
Технический регламент о безопасности объектов морского транспорта, принятый постановлением Правительства Российской Федерации № 1307 от 29 августа 2025 года, в главе II. «Требования к безопасности объектов морского транспорта», в параграфах 34 и 35 содержит требования к остойчивости, посадке и высоте надводного борта морского судна:
«34. Остойчивость судна должна обеспечивать проектную посадку судна (осадку, крен и дифферент) для всех расчетных условий загрузки и условий плавания с учетом ограничений. Остойчивость судна должна быть проверена и подтверждена расчетом, выполненным проектировщиком с учетом результатов кренования или взвешивания.
35. Надводный борт, обеспечивающий проектный запас плавучести судна, должен определяться проектировщиком исходя из планируемой загрузки судна, районов плавания и сезонов его плавания. Грузовые марки на бортах судна, соответствующие сезону года и району эксплуатации, не должны быть погружены в воду на протяжении всего времени эксплуатации судна.
37. Проектировщик должен обеспечить компанию в соответствии с договором с ней информацией в отношении контроля прочности, остойчивости судна и непотопляемости судна, а также в отношении надводного борта судна с указанием в такой информации диапазона допускаемых параметров нагрузки и критериев безопасной эксплуатации судна. Указанная информация должна поддерживаться компанией в актуальном состоянии, учитывающем любые изменения конструкции и весогабаритных характеристик судна. Указанная информация подготавливается в виде программных средств расчета и контроля прочности, остойчивости судна и непотопляемости судна. Эксплуатация судна с превышением допускаемых параметров нагрузки и критериев безопасной эксплуатации судна, предусмотренных проектно-конструкторской документацией, не допускается.».
Технический регламент о безопасности объектов внутреннего водного транспорта, принятый постановлением Правительства Российской Федерации № 903 от 17 июня 2025 года, в главе II. «Требования к безопасности объектов внутреннего водного транспорта», в параграфах 117, 118, 119, 120, 121, 122 и 123 содержит требования к остойчивости, посадке и высоте надводного борта судна внутреннего плавания:
«117. Каждое судно должно быть снабжено эксплуатационной документацией, в состав которой, помимо чертежей (общего расположения…, должны входить информация об остойчивости и непотопляемости судна, инструкции по погрузке, выгрузке и балластировке судна различными грузами, другие документы по непотопляемости и остойчивости...
118. Конструкция корпуса судна, размеры и взаимное расположение его элементов должны обеспечивать:
а) прочность и водонепроницаемость;
б) допускаемые методическими указаниями параметры вибрации;
в) остойчивость судна;
г) приемлемую по условиям непотопляемости посадку при затоплении отдельных отсеков;
д) надежность, удобство и безопасность технической эксплуатации корпусных конструкций;
е) установку, безопасную эксплуатацию и обслуживание судовых технических средств;
ж) предотвращение загрязнения окружающей среды при эксплуатации и минимизацию загрязнения окружающей среды при авариях.
121. Судно должно быть остойчивым во всех случаях нагрузки, соответствующих спецификационным условиям его эксплуатации, предусмотренных проектом.
Остойчивость судов должна быть проверена и подтверждена расчетом.
Самоходные суда длиной 24 метра и более, перевозящие нефть и нефтепродукты, эксплуатирующиеся в водных бассейнах, отнесенных к разрядам водных бассейнов «О-ПР», «М-ПР» и «М-СП», должны быть снабжены средством контроля остойчивости, дающим возможность осуществлять оценку соответствия требованиям по остойчивости неповрежденного судна и аварийной остойчивости. Указанное требование распространяется на проектируемые суда, суда в постройке, а также на суда в эксплуатации.»
III. «Требования к безопасности процессов эксплуатации и утилизации, связанных с требованиями к безопасности объектов внутреннего водного транспорта»:
«252. Работы по загрузке и разгрузке судов должны производиться методами, обеспечивающими сохранность корпусов.
253. Запрещается:
а) ставить суда к причалам для загрузки или разгрузки при недостаточном запасе по глубине воды под днищем (с учетом безопасной стоянки судна в груженом состоянии);
б) загружать суда до осадки, которая больше, чем указано грузовыми марками (или шкалами осадок), нанесенными на борта судна;
в) принимать груз и пассажиров на судно в количествах, превышающих установленную проектом судна норму;
г) производить погрузку или выгрузку особо тяжелых не предусмотренных при проектировании судна по расчетным нагрузкам и громоздких грузов без выполнения предварительных расчетов, разработанных лицом, осуществляющим подготовку проектной документации, и принятия необходимых мер для защиты людей от угрозы несчастных случаев;
д) ставить под загрузку сухогрузные суда с незачищенными трюмами (за исключением судов, перевозящих однородные грузы);
е) производить загрузку зерновых грузов, цемента и других впитывающих воду грузов без проверки водонепроницаемости корпуса, люковых закрытий, работы осушительной и балластной систем грузовых трюмов.».
В судоходных компаниях, в соответствии с Международным кодексом по безопасной эксплуатации судов и предотвращению загрязнения окружающей среды, в Судовом руководстве по управлению безопасностью (СУБ) в той или иной форме изложены обязанности капитана судна и грузового помощника капитана (старшего помощника капитана) относительно посадки, остойчивости, прочности и непотопляемости судна.
Плавучесть
Плавучесть — это способность судна находиться в равновесии с заданной посадкой в процессе эксплуатации.
Применительно к грузовому или рыболовному судну это означает, что оно, загруженное по действующую сезонную грузовую марку, с заданными осадками носом и кормой, имеет остойчивость в соответствии с установленными минимально допустимыми критериями, способно выдержать, не опрокидываясь совместное воздействие ветра и волнения, с соблюдением установленных для данного судна ограничений по району плавания и погодным условиям.
Посадка судна
Посадка — это положение судна относительно спокойной поверхности воды.
Посадка определяется параметрами положения плоскости действующей ватерлинии относительно судна. К таким параметрам относятся:
1. Средняя осадка судна – аппликата точки пересечения плоскости действующей ватерлинии с осью Z.
2. Угол дифферента ψ – угол между следом действующей ватерлинии на диаметральной плоскости судна и осью X. В торговом судоходстве в большинстве случаев дифферент измеряют в метрах или сантиметрах.
3. Угол крена θ – угол между следом действующей ватерлинии на плоскость мидель-шпангоута и осью Y.
На рисунке, к
онтейнеровоз на «ровном киле». Осадки носом и кормой одинаковые.
На рисунке, контейнеровоз с дифферентом на корму. Осадка кормой больше, чем осадка носом.
На рисунке, слева судно без крена: Тпр = Тл; справа – с креном на правый борт: Тпр> Тл.
В процессе эксплуатации посадку торгового судна определяют:
1. Осадки.
Средняя осадка на мидель-шпангоуте или как говорят моряки «на миделе», осадки носом и кормой.
2. Дифферент.
Дифферент – это разность осадок носом и кормой.
Если осадка кормой больше, чем осадка носом, то судно имеет дифферент на корму. Обозначается знаком «-».
Если осадка носом больше, чем осадка кормой, то судно имеет дифферент на нос. Обозначается знаком «+».
Если осадки носом и кормой равны, то судно не имеет дифферента и говорят, что судно находится на «ровном киле».
3. Угол крена.
Угол крена определяют по кренометру в градусах или как разность осадок правого и левого борта, снятых на миделе.
Если осадка правого борта больше, чем осадка левого борта, то судно имеет крен на правый борт, а если осадка левого борта больше, чем осадка правого борта, то судно имеет крен на левый борт.
Если угол крена определяют по кренометру, то при крене на правый борт говорят «судно имеет столько-то градусов крена на правый борт», а при крене на левый борт «судно имеет столько-то градусов крена на левый борт».
На торговых судах наибольшее распространение получили два вида кренометров. Первый – это кренометр маятникового типа, второй – пузырькового типа.
В кренометре маятникового типа угол крена определяют по отклонению стрелки маятника от «ноля» в сторону правого или левого борта. Шкала имеет градусные деления до 55 градусов на каждый борт.
Данные кренометры позволяют определять угол крена с большой точностью, до десятых долей градуса. Точность снятия также зависит от навыков грузового помощника.
На фото, судовой кренометр маятникового типа. Автор В.Н. Филимонов.
Морские высокоточные кренометры пузырькового типа состоят из двух прозрачных трубок, заполненных прозрачной жидкостью на основе глицерина. В качестве указателя угла крена в каждую трубку помещен пузырек темного цвета.
Одна трубка имеет шкалу от «ноля» до 35 градусов на каждый борт, с делениями через 5 градусов и позволяет определять угол крена с точностью до одного градуса.
Вторая трубка - для точного определения угла крена до пяти градусов на каждый борт, имеет градусную шкалу и позволяет определять крен с точностью до одной десятой градуса.
На многоцелевых крупнотоннажных грузовых судах, предназначенных для транспортировки крупногабаритных (КГ) и тяжеловесных грузов (ТГ), оборудованных судовыми грузовыми кранами большой грузоподъемности и антикреновыми системами, в рулевой рубке устанавливают несколько различных кренометров, например, как на фото ниже.
Условия плавучести
Из теории плавучести известно, что на плавающее судно действуют силы тяжести и силы давления воды.
Вектор равнодействующей сил тяжести судна обозначается «» и условно, приложен к центру тяжести судна (ЦТ), а линия его действия направлена вертикально вниз. Сила тяжести судна равняется сумме веса судна и всего, что находится на судне: экипаж, запасы, груз и т. д. В теории корабля ЦТ судна обозначается буквой G.
Вектор равнодействующей сил давления воды (сил поддержания) обозначается буквой «Р» и условно, приложен к центру величины (ЦВ).
Центром величины называется центр подводного объема судна (погруженного в воду). Центр величины обозначается буквой C.
Равнодействующая сил давления воды равна весу воды, вытесненной подводной частью корпуса судна:
Линия его действия направлена вертикально вверх.