Основной характеристикой остойчивости является восстанавливающий момент, который должен быть достаточным для того, чтобы судно противостояло статическому или динамическому (внезапному) действию кренящих и дифферентующих моментов, возникающих от смещения грузов, под воздействием ветра, волнения и по другим причинам.
Остойчивость судна обычно рассматривают для двух случаев — для неповрежденного и поврежденного состояния. Требования для обоих случаев нормируются Правилами постройки и классификации судов Российского морского регистра судоходства и Правилами регистра по перевозке различных грузов, основанных на требованиях ИМО по остойчивости, непотопляемости и безопасности перевозки различных грузов.
Остойчивость судна обеспечивается его конструкцией, предполагающей безопасность от опрокидывания неповрежденного судна при плавании в допустимых районах и гидрометеорологических условиях, а также гарантирующей необходимый минимум безопасности от опрокидывания при повреждениях, связанных с затоплением отсеков. Конструктивная остойчивость поддерживается проведением организационно-технических мероприятий, выполняемых экипажем в период эксплуатации судна.
В отличие от понятия «запас плавучести» понятие «запас остойчивости» не выделяется, так как, по сути, запасом остойчивости является остойчивость неповрежденного судна.
Различают следующие виды остойчивости:
• статическую и динамическую. Первая имеет место, если судно при наклонениях до некоторого конечного постоянного угла крена или дифферента не получает значительных угловых ускорений; вторая — когда наклонения сопровождаются значительными угловыми ускорениями. Например, при наклонениях под действием ветра, дующего с постоянной скоростью, медленного заполнения отсека через пробоину, поперечного или продольного перемещения груза проявляется статическая остойчивость. При наклонениях от действия шквального ветра или быстрого заполнения отсека через пробоину проявляется динамическая остойчивость;
• поперечную и продольную. Первая проявляется при наклонениях в поперечной плоскости (крен), вторая — при наклонениях в продольной плоскости (дифферент). Минимальной из них является поперечная, которая выступает как определяющая при оценке остойчивости судна и нормируется ИМО и Российским морским регистром судоходства;
• начальную остойчивость (остойчивость при малых углах наклонения) и остойчивость при больших углах наклонения. Первая из них является частным случаем второй. Малыми углами наклонения в продольной плоскости считаются наклонения на угол не более 2°, в поперечной плоскости — на угол не более 10° или не более угла входа в воду верхней палубы у борта (выбирается меньшее значение).
Остойчивость судна при малых углах наклонения, когда восстанавливающий момент линейно зависит от угла крена Θ или дифферента ψ, характеризуется метацентрическими формулами:
M Ө = γVh sin Θ ≈ γVh Θ;
M ψ = γVH sin ψ ≈ γVH ψ;
где γ - удельный вес воды; V - объемное водоизмещение судна; h и H— поперечная и продольная метацентрические высоты соответственно.
При больших углах крена линейная зависимость между углом крена и восстанавливающим моментом нарушается, и поперечная остойчивость должна характеризоваться диаграммами остойчивости (статической и динамической). Величина восстанавливающего момента MΘ может быть представлена в виде разности двух составляющих:
МӨ = γVr sin Θ - γVa sin Θ,
где r — поперечный (малый) метацентрический радиус; а = zg — zc — возвышение центра тяжести над центром величины судна.
Первая составляющая, зависящая от формы обводов судна, называется остойчивостью формы, вторая, определяемая положением центра тяжести, называется остойчивостью веса. Величина MΘ, кроме того, может зависеть от скорости судна и от наличия волнения. Поэтому различают остойчивость судна на тихой воде и остойчивость на волнении.
Остойчивость на тихой воде — способность судна противостоять внешним моментам при отсутствии волнения. Если судно не имеет хода, восстанавливающий момент полностью определяется распределением гидростатических давлений по корпусу судна. Наличие хода приводит к изменению восстанавливающего момента вследствие перераспределения давлений в жидкости, которое в зависимости от формы корпуса и скорости судна может приводить как к возрастанию, так и уменьшению поперечной остойчивости. Поэтому для высокоскоростных судов необходимо специально рассматривать остойчивость на ходу.
Остойчивость судна на волнении — способность судна противостоять внешним кренящим нагрузкам в условиях волнения. В этом случае восстанавливающий момент при данном угле крена будет меняться в времени вследствие непрерывного изменения формы действующей ватерлинии и колебаний волновых нагрузок на корпусе судна. При этом среднее значение момента, как правило, несколько отличается от значений момента, соответствующего данному углу крена на тихой воде без хода. Наиболее опасно движение судна на попутных волнах, длина которых близка к длине судна. В этом случае при попадании судна на вершину волны возможно существенное уменьшение его остойчивости (на подошве волны остойчивость возрастает), и, если судно имеет скорость, близкую к скорости распространения волны, оно будет длительное время иметь пониженную остойчивость. При этом внешние кренящие моменты, не опасные в отношении остойчивости судна на тихой воде, могут вызвать недопустимый крен и даже опрокидывание судна, находящегося на вершине волны. Это особенно опасно для сравнительно небольших судов (длиной 60-80 м), для которых восстанавливающий момент на вершине волны может быть значительно меньше, чем на тихой воде.
При плавании судна на нерегулярном ветровом волнении восстанавливающий момент изменяется во времени случайным образом и оценка остойчивости судна производится с позиций теории вероятностей.
Для характеристики динамической остойчивости используется понятие об обеспеченности (вероятности превышения) динамического угла крена, который может получить судно при действии заданной внешней нагрузки, а также о вероятности его опрокидывания.
Требования к безопасности и обитаемости реализуются через взаимосвязи с остальными свойствами судна.
Помещения судна группируются по степени проницаемости, герметичности и огнестойкости в водонепроницаемые и герметичные отсеки, противопожарные зоны, отсеки, выгородки.
Оборудование, технические средства, используемые на судне, комплектуются с учетом их применимости на морском судне.
Для обеспечения живучести технических средств и средств их управления на судне применяются основные и резервные технические средства, автоматические, дистанционные и ручные способы их управления.
Все судовое оборудование и технические средства должны иметь соответствующие сертификаты и инструкции по их использованию.
3.5. КОНТРОЛЬ И ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ
Непотопляемость судна обеспечивается конструктивными мерами при постройке, организационно-техническими — в процессе эксплуатации, оперативными действиями (борьбой за непотопляемость) — после получения пробоины.
Комплекс предупредительных мер по сохранению непотопляемости в случае аварии включает следующее:
• контроль остойчивости неповрежденного судна, которая должна быть достаточной для компенсации ее потерь, вызванных затоплением, и сохранения ее нормированного аварийного минимума. С этой целью при составлении исполнительного варианта каргоплана, а также в течение рейса нельзя допускать превышения предельного значения статического момента водоизмещения, приведенного в Информации об остойчивости и в Информации о непотопляемости;
• заблаговременную оценку с помощью Информации о непотопляемости степени обеспечения непотопляемости в конкретном рейсе и прежде всего выявление и фиксирование на доске нагрузки и остойчивости (оперативном планшете) одиночных отсеков, а также пар смежных отсеков, при затоплении которых в данном рейсе непотопляемость не обеспечена;
• обеспечение водонепроницаемости корпуса в процессе эксплуатации с целью предупреждения поступления воды в отсеки и распространения ее в смежные отсеки в случае затопления одного из них;
• обеспечение и поддержание постоянной и немедленной готовности экипажа и технических средств к борьбе за непотопляемость.
Под борьбой за непотопляемость понимается совокупность действий экипажа, направленных на Поддержание и восстановление плавучести и остойчивости поврежденного судна, а также на приведение его в положение, обеспечивающее ход и управляемость. Борьба за непотопляемость — важнейшая составная часть борьбы за живучесть судна.
Тактика борьбы за непотопляемость предполагает организацию, порядок действий, способы и приемы выполнения мероприятий по борьбе с водой, восстановлению остойчивости, запаса плавучести и спрямлению аварийного судна.
Аварии по времени затопления судна (гибели), в том числе от потери остойчивости, можно условно разделить на следующие виды:
- внезапное опрокидывание судна,
- медленное накренение судна без затопления,
- затопление с креном.
При начале внезапного опрокидывания время до наступления гибели судна настолько мало, что какие-либо меры экипажа по предотвращению гибели судна выполнить невозможно. Профилактика по предотвращению таких случаев гибели судна заключается в строгом соблюдении правил погрузки, крепления и перевозки грузов, контроле над состоянием судна в течение рейса.
На ходу судна в случае получения им статического крена больше 5° следует направить судно к ближайшему берегу (если имеется возможность), отмели или другому убежищу. При увеличении крена (причины его появления неизвестны или неустранимы) экипаж по команде капитана покидает судно. Эвакуация экипажа (или части экипажа) может быть задержана, если нарастание крена прекратилось и появилась уверенность в том, что действия по борьбе за непотопляемость будут эффективны (угроза гибели судна отсутствует).
Основными причинами поступления воды в корпус судна являются:
• заливание судна в штормовых условиях через неплотности;
• повреждение корпуса или систем забортной воды, вызванных столкновением с плавающим объектом или причалом, посадкой на грунт, эксплуатационным износом, смещением груза, взрывом и др.;
• использование воды при тушении пожара.
Борьба экипажа за непотопляемость судна осуществляется под руководством капитана. Основные этапы борьбы за непотопляемость:
• обнаружение поступления воды в корпус (выявление мест, размеров повреждений, скорости поступления). Для своевременного обнаружения поступления воды в корпус судна необходимо измерять уровень жидкости во всех льялах (сточных колодцах): на стоянке — два раза в сутки; на ходу — каждую вахту; при плавании во льдах — каждый час и при каждом сильном ударе о лед; при аварийных повреждениях корпуса — непрерывно. В штормовых условиях производить контрольное откачивание воды из льял. Каждый член экипажа, обнаруживший поступление воды в корпус судна, обязан немедленно любым доступным путем доложить об этом вахтенному помощнику или вахтенному механику;
• прекращение или ограничение (задержание) распространения воды по судну с учетом важности и приоритетности помещений и отсеков судна;
• определение количества забортной воды, принятой внутрь корпуса судна, и оценка сохранившегося запаса плавучести;
• качественная оценка изменения остойчивости в результате повреждения, особенно установление наличия у поврежденного судна отрицательной начальной остойчивости;
• восстановление водонепроницаемости (корпуса, водонепроницаемых переборок, палуб, платформ и второго дна);
• удаление забортной воды из отсека (отсеков);
• спрямление аварийного судна при сохранении достаточного запаса плавучести и остойчивости;
• контроль над аварийными отсеками;
• обеспечение хода и управляемости аварийного судна.
После получения информации о поступлении воды внутрь корпуса вахтенный помощник обязан немедленно объявить общесудовую тревогу, доложить капитану и принять меры по выявлению реальной обстановки (наличие крена и дифферента судна, быстрое повышение уровня воды в льялах и т.п.).
Примечание. При медленном поступлении воды в корпус судна, точном знании источника и величины течи, когда средства борьбы с водой справляются с поступающей водой, район плавания и погодные условия благоприятные, воздействие воды на груз не несет опасности для судна, капитан может принять решение на устранение течи в порту или убежище. Объявление общесудовой тревоги в этом случае не обязательно.
По сигналу общесудовой тревоги командиры аварийных партий (аварийных групп) обязаны:
• занять свои места согласно расписанию по аварийной тревоге, установить связь и доложить на ГКП (главный командный пункт) о готовности;
• обследовать аварийный отсек (принять меры к определению мест, размеров повреждений, скорости поступления воды);
• организовать медицинскую помощь и эвакуацию пострадавших из опасного района;
• загерметизировать аварийный район (при необходимости);
• провести расчет сил и средств (определить требуемое количество людей, средств заделки повреждений и время работы аварийных партий, аварийных групп);
• докладывать на ГКП об обстановке и ходе работ.
Обследование аварийного отсека. При обследовании аварийного отсека запрещается открывать водонепроницаемые закрытия до полной уверенности в безопасности открытия.
Наличие и уровень воды в смежных отсеках может быть установлен путем пуска водоотливных средств на осушение, а также обнаружением косвенных признаков затопления (шум поступающей в отсек воды; фильтрации воды из заполненного отсека через неплотности в переборках, палубах, втором дне, через сальники трубопроводов и кабелей; шум воздуха, выходящего через мерительные и воздушные трубы и различные неплотности; глухой стук, издаваемый стальными конструкциями, отделяющими затопленный отсек; отпотевание стальных конструкций, отделяющих затопленный отсек; выпучивание переборки).
Прекращение или ограничение (задержание) распространения воды по судну. Наиболее распространенными повреждениями корпуса судна являются пробоины с рваными и загнутыми краями как внутрь, так и наружу корпуса, разошедшиеся швы сварных и заклепочных соединений, различные гофры, вмятины и другие деформации корпусных конструкций и трещины в обшивке, а также водотечность забортных закрытий судовых систем и устройств.
Если при столкновении судна, взрыве, навале на причал и др. место поступления воды и характер повреждения определить достаточно легко, то при появлении трещин и свищей в корпусе судна, а также повреждении трубопроводов, установить причину и место водотечности не так просто.
Группа разведки должна установить место и характер повреждения, размеры повреждения, какие помещения затапливаются, наличие людей в затапливаемом районе, определить пути эвакуации людей из района затопления.
Независимо от того, будет заделываться пробоина или нет, из аварийной зоны должны быть выведены люди, не входящие в состав аварийной партии или разведки. Командир группы разведки докладывает командиру аварийной партии о возможности заделывания пробоины изнутри, потребности в материалах и людях и, если имеется доступ к пробоине, приступает к ее заделыванию.
Борьба с водой предусматривает решение трех основных задач: предотвращение распространения воды по судну (фильтрации), заделка пробоины и удаление уже попавшей внутрь судна воды за борт.
Наибольшую угрозу судну, сохранившему непотопляемость в первый момент после повреждения, представляет дальнейшее распространение по нему воды. Поэтому во всех случаях первоочередным в борьбе за непотопляемость является выполнение мероприятий по прекращению распространения воды по судну, восстановление и поддержание непроницаемости и прочности переборок и палуб, заделка пробоин.
Заделка пробоины в корпусе судна эффективна при следующих условиях:
• медленное нарастание крена судна, время до его возможного опрокидывания занимает достаточно большой промежуток времени (часы);
• размеры пробоины не превышают предельных для имеющихся на судне средств заделки пробоин;
• количество экипажа на судне позволяет выполнить работу по заделке пробоины или уменьшению через нее водотечности.
Уменьшение или прекращение поступления забортной воды от пробоины в борту или концевых отсеках возможно путем кренования или дифферентовки судна.
Размеры пробоины можно определить по скорости поступления воды в корпус судна. Количество воды (в тоннах), поступающей через пробоину за один час, примерно равно площади пробоины в квадратных сантиметрах. На глубине 4 м это количество удваивается, а на глубине 8м - утраивается.
Время работы судовых водоотливных средств на откачку воды рассчитывают исходя из скорости поступления воды через пробоину.
При невозможности заделать пробоину необходимо постоянно вести откачку воды за борт и форсированным ходом следовать в порт-убежище. В случае исчерпания этих и других мер, возможна преднамеренная посадка судна на мелководье.
К борьбе с водой относят также откачку фильтрационной воды и водоотлив из отсеков с заделанными пробоинами. Удаление фильтрационной воды, особенно из отсеков с большими свободными поверхностями воды и высоко расположенных отсеков, должно рассматриваться в качестве первоочередной задачи экипажа и является наиболее эффективным средством борьбы за сохранение остойчивости поврежденного судна. Однако удаление воды без предварительной оценки состояния судна (прежде всего оценки знака начальной остойчивости судна) иногда может привести к опасным последствиям.
Попытки улучшить состояние судна путем штивки груза, как правило, не эффективны и могут подвергнуть судно дополнительной опасности.
При обнаружении первых признаков разжижения рудных грузов следует, по возможности, предотвратить их дальнейшее разжижение путем удаления жидкости из колодцев на поверхности груза. Указанные работы сопряжены с риском для жизни.
Контроль посадки и остойчивости аварийного судна. Контроль посадки и остойчивости аварийного судна заключается в фиксации и прогнозировании их допустимых значений. Контроль подтверждается расчетами.
Расчеты по непотопляемости поврежденного судна выполняются под руководством капитана судна. Расчеты выполняются на основе полученных экипажем данных по обследованию аварийных отсеков (размер и расположение пробоины, значение коэффициента проницаемости груза и отсека) и данных по основным элементам остойчивости судна (вахтенная служба обязана постоянно их контролировать).
Остойчивость судна следует считать недостаточной в случаях, когда:
• судно не отвечает нормам Регистра РФ по результатам расчета в соответствии с Информацией об остойчивости судна для капитана;
• при перекладке руля на ходу судно переваливается с борта на борт и не выпрямляется при приведении руля в положение «прямо руль»;
• судно, имевшее постоянный крен на один борт, внезапно перевалилось и получило постоянный крен на другой борт;
• при симметричном (относительно диаметральной плоскости) затоплении помещений крен аварийного судна превышает 5°.
Для расчета остойчивости и аварийной посадки судна применяются «Приближенный метод приема дополнительного груза» и более точный метод — «Постоянного водоизмещения». Расчеты справедливы в случае, когда поступление воды прекращено. В реальных условиях это не всегда выполняется. Поэтому быстрота приближенного решения задачи для первичной оценки ситуации важнее ее точности. Для ускорения и уточнения расчетов рекомендуется выполнять их по машинным методикам с помощью ПЭВМ.
В результате расчетов определяются крайние (предельно допустимые для данного случая загрузки в нормальных условиях) значения параметров посадки и остойчивости и принимаются решения о порядке и содержании действий по восстановлению остойчивости и спрямлению поврежденного судна, эффективности борьбы за живучесть. По возможности мероприятия по восстановлению остойчивости и спрямлению проводятся одновременно с мероприятиями по борьбе с водой. Однако при этом выполняются лишь те из них, которые не могут послужить причиной даже кратковременного уменьшения остойчивости судна в поврежденном состоянии.
Важным обстоятельством при оценке ситуации и выборе приемов борьбы за живучесть судна является причина поступления воды в корпус судна.
Если причиной стала посадка на мель, то опасность опрокидывания судна незначительна и можно улучшить ситуацию временной балластировкой судна.
При столкновении судов и взаимном проникновении корпусов нет необходимости производить их разъединение. Это дает возможность экономии времени и избежания быстрого затопления и/или опрокидывания судов.
При оценке состояния аварийного судна следует учитывать гидрометеоусловия акватории (скорость ветра, высота волны, приливо-отливные колебания, течения, район плавания, прогноз погоды), оставшиеся технические возможности судна, а также возможности в оказании судну помощи.
В аварийных ситуациях, когда значения параметров остойчивости и непотопляемости близки к предельно допустимым, сложные погод-
ные условия плавания становятся одними из основных причин для принятия решения об оставлении судна.
При необходимости спрямления судна (путем балластировки) в штормовых условиях, следует следить за тем, чтобы поперечная мета-центрическая высота была не меньше минимально допустимой для данного случая загрузки судна.
При плавании в штормовых условиях следует выбирать оптимальное соотношение курса к волне и скорости судна, не допуская чрезмерных бортовой и килевой качек, избегая приема больших масс воды на палубу (что существенно ухудшает остойчивость малых судов) и сильных ударов волн о корпус.
Балластировка и спрямление аварийного судна. При возникновении постоянного крена необходимо срочно принять меры к его устранению. Прежде чем решать вопрос спрямления судна, необходимо установить причину крена.
Восстановление остойчивости и спрямление аварийного судна производится только по указанию капитана.
Предварительно целесообразно уменьшить амплитуды качки изменением курса или скорости так, чтобы судно наверняка оказалось в зоне наиболее благоприятных характеристик качки. Если возможно, сразу следует направить судно к ближайшему порту-убежищу или под защиту берега.
Нельзя устранять крен перекачиванием жидких грузов из танков одного борта в танки другого борта, если у судна небольшой запас остойчивости, так как при этом возникают дополнительные свободные поверхности и остойчивость еще больше уменьшается.
Принимать забортную воду в балластные танки надо поочередно, начиная с тех, в которых влияние свободной поверхности на остойчивость будет наименьшим. До приема балласта по возможности надо осушить или запрессовать те танки, где уже есть свободные поверхности. Принимать балласт надо как можно быстрее, максимально используя производительность насосов. В целях предотвращения повреждений палубы, необходимо тщательно контролировать прием балласта на заключительном этапе. Начав прием балласта, нельзя его останавливать до полной запрессовки танка, даже если судно после начала балластировки увеличит крен.
Для спрямления аварийного судна иногда применяют контрзатопление и осушение танков, выбирая для этого танки с наименьшим объемом, максимально удаленные от диаметральной плоскости судна и как можно ниже расположенные. Спрямление следует прекращать при уменьшении крена приблизительно до 5°, чтобы предотвратить возможное переваливание судна на другой борт с ухудшением его первоначального состояния.
Если у аварийного судна оказались затопленными внутренние помещения, удалять из них воду следует руководствуясь следующими правилами. Начинать удаление воды с наиболее высоко расположенных и широких помещений, где есть свободные поверхности. При невозможности откачать воду из этих помещений ее можно спустить в нижние, если они не шире затопленных верхних. До начала осушения затопленных отсеков удалить фильтрационную воду из смежных с ними отсеков.
В любом случае до начала спрямления судна надо предварительно прекратить перетекание или пересыпание грузов на накрененный борт.
Продольное спрямление аварийного судна должно производиться только в исключительных случаях, а именно: для обеспечения хода и управляемости судна, а также, если дифферент непрерывно возрастает и имеется опасность погружения открытых частей палубы в воду, оголения винтов и руля. При продольном спрямлении необходимо вести наблюдение за креном, не допуская его увеличения.
Вариант балластировки судна полезно рассчитать заранее или выбрать из «Информации об остойчивости» поправки к поперечной метацентрической высоте на свободные поверхности по каждому танку и, только после оценки последствий, приступать к балластировке.
При плавании судна с постоянным креном, оставшимся после спрямления, необходимо:
• перекрыть магистрали, сообщающиеся танки (цистерны), расположенные по разным бортам и в разных отсеках;
• расходовать жидкие грузы только из танков (цистерн) накрененного борта;
• для предотвращения оголения приемников воды, топлива и масла не допускать снижения уровня жидкости в танках (цистернах) до опасного предела;
• тщательно наблюдать за уровнем воды в работающих котлах, не допуская оголения трубок и попадания воды в паровые магистрали;
• постоянно наблюдать за насосами, в которых приемники забортной воды расположены близко к ватерлинии.
Управление аварийным судном при получении пробоины. Получение пробоины связано, как правило, со столкновением, навалом, ударом о льдину, посадкой на мель и др. Морская практика выработала ряд правил, которые в общем случае сводятся к следующим рекомендациям:
• если произошло столкновение с другим судном и ситуация полностью ясна, то не следует вытаскивать нос из другого судна, так как это может усугубить положение обоих судов;
• если расцепление судов все же произошло, то необходимо остановить движение судна;
• поставить судно к ветру и волнению так, чтобы пробоина была под ветром и недосягаема для волны. Этого можно достичь отдачей якорей с последующим подбором длины вытравленных канатов. При получении пробоины в носовой части в большинстве случаев (при наличии ветра) носовую часть судна удается увести под ветер, работая машиной назад. В дальнейшем, для удержания судна в этом положении, следует периодически подрабатывать машиной назад;
• необходимо стремиться, чтобы перекладки руля не приводили к значительным кренящим моментам и не изменяли положение судна по крену;
• после проведения необходимых расчетов по остойчивости, плавучести и прочности попытаться созданием крена на противоположный борт вытащить пробоину из воды;
• в случае угрозы опрокидывания судна от недостаточной остойчивости следует принять меры к посадке судна на мель. Чрезвычайность этого обстоятельства может быть оправдана условием, что принесенный ущерб меньше предотвращенного;
• место посадки на мель по возможности должно быть ровным, с мягким грунтом, защищенным от волнения! Изобаты должны быть перпендикулярны диаметральной плоскости судна. Непосредственно у места посадки следует отдать тот якорь, который будет способствовать развороту судна нормально к изобате.