Бассейны Крыловского центра. Репортаж
Корреспондент Sudostroenie.info отправился в КГНЦ для изучения комплекса бассейнов предприятия.
Крыловский государственный научный центр поражает размерами. Его площадь – 800 000 квадратных метров! По сути, это небольшой город, с улица и зданиями. Здесь, правда, не живут, но работает в нем порядка 3200 человек. Одна из главных достопримечательностей Центра – глубоководный бассейн длиной 1324 метра, который является самым длинным в мире.
Глубоководный – не единственный бассейн в Крыловском центре. Их много: мелководный, мореходный, циркуляционный, маневренно-мореходный, кавитационный, ледовый … всех не сосчитать. В рамках своего посещения наш корреспондент сосредоточился на ледовом, маневренно-мореходном и циркуляционном бассейнах, изучил устройство аэродинамической трубы, а также посетил строительную площадку новой ландшафтной аэродинамической трубы, аналогов которой не будет нигде в мире.
Первая остановка, что вполне логично, учитывая приоритеты в научной деятельности центра, – Ледовый бассейн.
«Ледовый бассейн предназначен для определения глобальных ледовых нагрузок на плавучие и стационарные морские платформы, для разработки технологий снижения ледовых нагрузок на работающие на континентальном шельфе инженерные сооружения, а также для разработки эффективных технологий проектирования корпусов ледоколов и судов ледового плавания», — рассказывает начальник сектора исследований ледотехники Алексей Алексеевич Добродеев.
Чаша бассейна имеет параметры:
- Ширина — 10 м;
- Длина — 102 м (80 м — ледовое поле);
- Глубина воды — 2,0/4,6 м.
Ледовый бассейн оборудован буксировочной и технологической тележками. Первая оснащена дополнительной кареткой и предназначена для проведения модельных испытаний, а вторая необходима для приготовления ледового поля и измерения физико-механических свойств льда.
Диапазон толщин намораживаемого льда — от 10 до 100 мм.
Размеры испытываемых моделей:
- Судов: длиной до 10 м, водоизмещением до 5 000 кг;
- Платформ: размером до 3×3 м, массой до 2 000 кг.
— Буксировочные и самоходные испытания моделей ледоколов, кораблей, судов и инженерных сооружений;
— Моделирование взаимодействия движительно-рулевых комплексов со льдом.
Технологии проведения модельных испытаний в ледовом опытовом бассейне развиваются уже более полувека. ФГУП «Крыловский государственный научный центр» является ведущей организацией Российской Федерации, работающей в этом направлении и обладающей соответствующей экспериментальной базой.
Развитие упомянутых технологий происходит в ходе следующей научно-исследовательской деятельности:
— разработка новых методик проведения экспериментальных исследований моделей объектов морской техники;
— разработка методов моделирования натурных ледовых условий в ледовом опытовом бассейне;
— разработка методик приготовления моделированного льда, имитирующего физические свойства натурного;
— разработка техники для проведения экспериментальных исследований, включая проектирование ледовых опытовых бассейнов.
Концепция нового ледового бассейна была полностью проработана специалистами Крыловского центра. В отличие от существующих ныне в мире ледовых бассейнов в построенном бассейне предусмотрена возможность создания двух принципиально различных типов моделированного льда, которые позволяют наиболее точно воспроизводить эксплуатационные ледовые условия для различных объектов морской техники.
Особое внимание при проектировании ледового бассейна было уделено возможности максимальной визуализации процессов взаимодействия льда с инженерными объектами. Для этого в дно бассейна вмонтированы большие обзорные иллюминаторы, позволяющие проводить наблюдение, а так же видео- и фотосъемку снизу. Кроме них по бортам бассейна имеются две обзорные галереи: одна для непосредственного наблюдения за движением моделей сверху, другая — из-под воды сбоку.
Буксировочная тележка является основным экспериментальным оборудованием в ледовом опытовом бассейне. С ее помощью осуществляется буксировка моделей судов и морских инженерных сооружений в различных ледовых условиях, сопровождение движения самоходных моделей, экспериментальные исследования по фрезерованию льда гребными винтами и многое другое. По своему назначению буксировочная тележка должна нести различное динамометрическое оборудование, буксировать имитатор дна, на ней находятся системы сбора и первичной обработки экспериментальной информации, системы освещения фото- и видеосъемки. Управление движением тележкой, а также движением самоходных моделей и вращением гребных винтов производится из кабины.
Дополнительным преимуществом нового ледового бассейна является возможность активного использования в эксперименте технологической тележки. Установленная в бассейне технологическая тележка допускает дооснащение измерительным оборудованием, что позволяет с ее помощью проводить широкий спектр нестандартных экспериментов.
В принципе, технологическая тележка выполняет следующие функции: приготовление и уборка ледяного покрова, проведение измерений физико-механических свойств льда в любой точке бассейна, приготовление торосистых и других ледяных образований. Для приготовления ледяного покрова вспомогательная тележка оборудована форсунками для распыления струй воды и системой подачи воды.
Продолжение — в одном из следующих материалов.
Источник
Бассейны КГНЦ. Циркуляционный и маневренно-мореходный
Циркуляционный бассейн
Диаметр — 70 м; глубина — 6,7 м.
Линейные скорости буксировки моделей от 0,3 до 50 достигаются за счет наличия в бассейне двух систем буксировки:
- Двухопорной фермы с перемещаемой по радиусу кабиной — скорости до 15 ;
- Одноопорной крыловидной стрелы с фиксированными точками для крепления модели — скорости до 50 .
Бассейн оснащен оборудованием, необходимым для определения гидродинамических характеристик всех типов судов, буксируемых систем и специальных объектов, а также для физического моделирования их поведения в основных эксплуатационных режимах.
Крыловский государственный научный центр обладает уникальной базой, позволяющей решать практически все вопросы связанные с созданием современных и технологически сложных проектов на высоком мировом уровне.
Одним из примеров уникальных стендов является Циркуляционный бассейн. Всего в мире таких объектов два: в КГНЦ и в гидродинамическом центре Дэвида Тэйлора в США. Но за границей он работает исключительно на военные нужды, в то время как в Крыловском центре предоставляют услуги как в военной, так и в гражданских областях.
Основное назначение циркуляционного бассейна — определение гидродинамических сил и моментов, действующих на судно при маневрировании. Эти данные необходимы для проектирования средства управления судном. В циркуляционном бассейне мы можем буксировать модель двумя способами.
Первый — с помощью ферменной конструкции, когда снизу крепится модель на динамометр и она буксируется с необходимой скоростью по определенному радиусу. Второй вариант буксировки — обтекаемая ферма, которая используется, как правило, для быстроходных судов и судов с динамическими принципами поддержания. При втором варианте буксировки достигается максимальная скорость около — 200 км/ч. Как видите, одна только скорость буксировки делает сооружение уникальным.
бассейн бассейн
- Длина — 35 м;
- Ширина — 22 м;
- Глубина — 3 м.
Бассейн оснащен малой ротативной установкой (радиус буксировки 0–8 м, скорость до 5 ) и волнопродуктором щитового типа, обеспечивающим создание нерегулярного волнения с заданным энергетическим спектром (высота волны до 0,15 м), а также специальными стендами для определения статических характеристик судов на воздушной подушке и испытаний моделей спасательных шлюпок свободного падения.
Каждая модель судна, испытанная в Крыловском центре, имеет свой уникальный номер. С момента создания нашего центра уже испытанно более 12 000 моделей, практически все суда, ходящие под Российским флагом, и многие иностранные проекты прошли через наши опытовые бассейны. Для большинства проектов проведены так же натурные исследования. Благодаря накопленной базе данных по испытаниям мы постоянно дорабатываем и совершенствуем наши методики испытаний, повышенное внимание уделяется точности и адекватности моделирования.
В качестве примера — погрешность при изготовлении корпуса модели судна — не более 0,1 мм. При этом каждая модель не только геометрически, но и динамически подобна натурному судно. То есть загрузка модели, положение центра тяжести, моменты инерции — все полностью соответствует судну. Проще говоря, модель — это уменьшенная полная копия натурного судна.
Например, вот это судно совершает циркуляцию и оптическая система замеряет траекторию движения судна чтобы получить данные об управляемости. Есть международные требования ИМО по управляемости и каждое судно должно им удовлетворять, иначе его не примут в эксплуатацию. По результатам испытаний, мы предлагаем проектанту свои решения и они позволяют добиться удовлетворения требований.
Бывает и такое: проектант заказывает заводу постройку, перед тем, как пройти в эксплуатацию, проводятся натурные испытания, выясняется, что оно не удовлетворяет требованиям и судно нельзя эксплуатировать, а деньги потрачены. Мы решаем эту проблему на ранних стадиях проекта.
Актуальные проекты и исследования
Как уже говорилось, практически все суда и корабли, эксплуатирующиеся под Российским флагом, испытывались в наших опытовых бассейнах. Среди заказчиков все Российские КБ и верфи, все российские нефтяные компании регулярно проводят в КГНЦ испытания платформ для разведки и добычи углеводородов с шельфовых месторождений. Отдельным направлением является исследования волновых полей в акваториях и испытания различных гидротехнических сооружений.
Помимо отечественных заказчиков к нам много обращаются и от иностранных компаний, потому что они знают наши возможности и уровень компетенций.
В частности совсем недавно закончились испытания для крупной европейской нефтяной компании. На их проекте была проблема — при движении на прямом курсе судно было неустойчиво. Приходилось постоянно перекладывать руль, это дополнительное сопротивление движению и расходы на эксплуатацию. Поэтому был предложен ряд технических решений, которые были реализованы в проекте, и судно удалось оптимизировать, тем самым снизив его эксплуатационные издержки.
КГНЦ работает не только с реальными проектами, но также проводим ряд фундаментальных и поисковых исследований, которые потом реализуются на проектах и позволят оптимизировать суда.
В Крыловском центре не просто проводят испытания. Как правило, заказчику предлагается ряд технических решений, которые позволят оптимизировать судно, существенно уменьшить его эксплуатационные затраты.
Если говорить об экономической эффективности этих решений, то эти решения позволяют, в частности, снизить простой судна, вызванный неблагоприятными условиями, а как все знают, даже день простоя судна обходится в довольно значительную сумму, на порядок превосходящую стоимость испытаний.
Некоторые компании в целях экономии на свой страх и риск испытывают модели в бассейнах, предназначенных для учебных целей, получают результат, создают проект, а потом получают, что натурное судно не добирает скорости, не управляется, или, того хуже, его поведение в условиях волнения небезопасно и может привести к потери судна и/или к человеческим жертвам.
Один из примеров — Итальянская компания обращалась с просьбой испытать автомобильный паром для перевозки около 4000 машин. Проект был готов, на верфи уже начали резать метал, но генеральный заказчик настоял, чтобы были проведены испытания в Крыловском центре.
В результате испытаний выяснилось, что в условиях волнения у него бортовая качка составляет порядка 30 градусов. В лучшем случае с такой качкой они бы довезли металлолом, в худшем потеряли весь груз и экипаж.
В КГНЦ это продемонстрировали, но исправить уже на этой стадии было невозможно. В итоге проект отменили, пришлось заново проектировать. Это вопрос безопасности, связанный с человеческими жизнями.
Будущее
В ближайшее время в строй будет введен универсальный оффшорый бассейн, который благодаря своим возможностям позволит решать многие задачи на качественно новом уровне.
В частности, система генерации волн бассейна позволить впервые в России создавать трехмерное волнение, идущее с любого направления. Там же будет располагаться система генерации течения и ветра, чего нет в существующих бассейнах. По всей поверхности нового бассейна будет подъемное дно, которое позволит моделировать глубину, то есть мы сможем в одном бассейне одновременно моделировать глубину акватории, волнение, течение и ветер. Особенно это актуально для средств освоения океана, испытания добычных и разведывательных платформ, когда платформа стоит на якорных связях, либо на системе позиционирования в определенной точке и на нее одновременно воздействуют волнение, течение и ветер. Если посмотреть на развитие российского шельфа, то все текущие работы ведутся на мелководье, на глубину мы еще не вышли. Чтобы дальше развиваться, необходимы такие более современные бассейны, как оффшорный.
Источник
Бассейны Крыловского центра. Ледовый
Уборка ледяного покрова после проведения испытаний осуществляется с помощью двух бульдозеров, установленных спереди и сзади тележки. Для определения свойств льда на тележке смонтировано необходимое оборудование. Это оборудование может перемещаться по ширине тележки, обеспечивая возможность проведения измерений в любой точке бассейна.
Для исследований характеристик ледовой управляемости судов буксировочная тележка нового бассейна оснащена дополнительной кареткой, которая может двигаться по заданному закону перпендикулярно оси бассейна. Таким образом, открывается возможность измерения ледовых сил и моментов, действующих на криволинейно движущуюся модель.
Большое внимание при проектировании бассейна было уделено возможности корректного моделирования взаимодействия со льдом заякоренных морских сооружений. Для размещения и моделирования систем удержания на 20% длины чаши бассейна его глубина увеличена до 4,5 метров. По периметру углубление окружено иллюминаторами для детальной визуализации процессов, происходящих с элементами связей заякоренных сооружений.
Изготовление ледового поля для испытаний достаточно дорогостоящая операция, поэтому допускать ошибки или испытывать объект, который заранее обречен, нельзя. Требуется серьезная теоретическая предварительная работа. Подготовка ледового поля проходит в два дня: первый день — засев, второй — сами испытания. Затем лед убирается, растапливается и снова в виде воды поступает в бассейн. Под бассейнами располагается два огромных танка, куда вода сливается. В обычном режиме работы бассейна проводится два испытания в неделю.
Проекты
Сотрудничество в области ледовых исследований происходит не только с российскими компаниями, но и рядом компаний рубежа. Основными партнерами являются компании из Южной Кореи, Финляндии, Нидерландов, Казахстана и ряда других.
Для решения проблемы создания широкого ледового канала на участках Северного морского пути во ФГУП «Крыловский государственный научный центр» разработан ледокол принципиально нового архитектурного типа, который может создавать ледяной канал шириной более 50 м, причем работа ледокола осуществляется при потреблении относительно небольшого уровня мощности.
В ледовом бассейне он прошел испытания наравне с другим пилотным проектом нового , мощность которого составит 120 МВт, и он будет способен преодолевать лед толщиной 3,5 метра. Задачей этих ледоколов будет прокладка широких ледовых каналов для движения крупнотоннажных судов на участках Северного Морского Пути и в высоких широтах Арктики, а также обеспечение экономически эффективной скорости движения каравана судов на уровне 10 узлов во льдах толщиной 2 метра.
Испытания у нас проходил первый проект ледокола серии 21900 , который себя успешно зарекомендовал и затем перешел в проект 21900 М.
Актуальным стало проектирование танкеров и газовозов для вывоза с перспективных месторождений: Новопортовское и большинство месторождений, которые находятся в Карском море. Для них разрабатываются и проектируются суда, отгрузочные терминалы, платформы.
Источник