Балластная цистерна — это отсек внутри лодки, корабля или другой плавучей конструкции, в котором хранится вода, которая используется в качестве балласта для обеспечения гидростатической устойчивости судна, для уменьшения или контроля плавучести , как в подводной лодке , для исправления дифферента или крена , для обеспечения более равномерного распределения нагрузки вдоль корпуса, чтобы уменьшить структурные напряжения провисания или провисания , или для увеличения осадки , как в полупогружном судне или платформе, или SWATH , для улучшения мореходности . Использование воды в цистерне обеспечивает более легкую регулировку веса, чем каменный или железный балласт, используемый на старых судах, и позволяет экипажу легко уменьшить осадку судна , когда оно входит в мелководье, путем временной откачки балласта. Дирижабли используют балластные цистерны в основном для управления плавучестью и исправления дифферента.
Основная концепция балластного резервуара может быть замечена во многих формах водной жизни, таких как рыба-игла или осьминог-аргонавт . [ необходимо разъяснение ] [1] Эта концепция была изобретена и переизобретена людьми много раз для различных целей.
Первый задокументированный пример использования балластной цистерны на подводной лодке был на судне Дэвида Бушнелла Turtle , которое стало первой подводной лодкой, когда-либо использовавшейся в бою в 1776 году. [2] В 1849 году Авраам Линкольн , тогдашний адвокат из Иллинойса, запатентовал систему балластных цистерн, которая позволяла грузовым судам проходить через отмели в реках Северной Америки . [ требуется ссылка ] [ требуется пояснение ]
Балласт используется в надводных судах для изменения осадки, дифферента, крена и остойчивости. Он также может использоваться для изменения распределения структурной нагрузки, обычно продольного распределения нагрузки, которое влияет на напряжения провисания и провисания. Он также может использоваться для изменения моментов инерции, которые влияют на движение в море. Международные соглашения в рамках Конвенции по охране человеческой жизни на море (SOLAS) требуют, чтобы грузовые и пассажирские суда были построены так, чтобы выдерживать определенные виды повреждений. Критерии определяют разделение отсеков внутри судна и подразделение этих отсеков. Эти международные соглашения полагаются на государства, подписавшие соглашение, для внедрения правил в своих водах и на суда, имеющие право плавать под их флагом. Балласт может использоваться для компенсации потерь остойчивости из-за затопления некоторых отсеков.
Балласт — это, как правило, вода, в которой судно плавает во время балластировки, например, морская вода, закачиваемая в балластные цистерны. В зависимости от типа судна цистерны могут быть с двойным дном (проходящие по всей ширине судна), бортовыми цистернами (расположенными на внешней стороне от киля до палубы) или смывными цистернами (занимающими верхнюю угловую секцию между корпусом и главной палубой). Эти балластные цистерны соединены с насосами, которые закачивают или откачивают воду. Экипажи заполняют эти цистерны, чтобы добавить вес судну и улучшить его устойчивость, когда оно не перевозит груз. В экстремальных условиях экипаж может закачивать балластную воду в выделенные грузовые отсеки, чтобы добавить дополнительный вес в штормовую погоду или для прохода под низкими мостами.
В подводных лодках и подводных лодках балластные цистерны используются для управления плавучестью судна.
Некоторые подводные аппараты, такие как батискафы , погружаются и всплывают исключительно за счет управления своей плавучестью. Они затапливают балластные цистерны, чтобы погрузиться, а затем, чтобы всплыть, либо сбрасывают сбрасываемые балластные грузы, либо используют накопленный сжатый воздух, чтобы очистить свои балластные цистерны от воды, снова становясь плавучими.
Подводные лодки больше, сложнее и имеют мощный подводный двигатель. Они должны проходить горизонтальные расстояния под водой, требуют точного контроля глубины, но не опускаются так глубоко и не нуждаются в вертикальном погружении на станции. Их основным средством контроля глубины являются их ныряющие плоскости (гидропланы в Великобритании ) в сочетании с движением вперед. На поверхности балластные цистерны опорожняются, чтобы обеспечить положительную плавучесть. При погружении основные балластные цистерны заполняются водой, чтобы достичь приблизительно нейтральной плавучести. Цистерны контроля глубины используются для точного контроля плавучести путем закачивания или откачивания воды для компенсации изменений веса. Балластную воду можно перекачивать между дифферентными цистернами, чтобы уравновесить судно в горизонтальном положении. Затем плоскости регулируются вместе, чтобы направить корпус вниз, оставаясь при этом горизонтальным. Для более крутого погружения кормовые плоскости можно повернуть в обратную сторону и использовать для наклона корпуса вниз.
Экипаж погружает судно, открывая вентиляционные отверстия в верхней части основных балластных цистерн и открывая клапаны в нижней части. Это позволяет воде заполнить цистерну, поскольку воздух выходит через верхние вентиляционные отверстия. Когда воздух выходит из цистерны, плавучесть судна уменьшается, заставляя его тонуть. Чтобы подлодка всплыла, экипаж закрывает вентиляционные отверстия в верхней части балластных цистерн и выпускает сжатый воздух в цистерны. Воздух под высоким давлением накапливается в верхней части цистерн, а воздушный карман выталкивает воду через нижние клапаны и увеличивает плавучесть судна, заставляя его подниматься. По мере подъема гидростатическое давление уменьшается, заставляя воздух расширяться в цистернах и ускоряя скорость всплытия, пока избыток не выйдет через нижние клапаны и не будет достигнута максимальная плавучесть. Подводная лодка может иметь несколько типов балластных цистерн: главные балластные цистерны для погружения и всплытия, дифферентные цистерны для регулировки положения подводной лодки (ее «дифферент») как на поверхности, так и под водой, а также цистерны контроля глубины для точной регулировки плавучести. [ необходима ссылка ]
Балластные цистерны также являются неотъемлемой частью устойчивости и работы глубоководных морских нефтяных платформ и плавучих ветряных турбин . [3] Балласт увеличивает « гидростатическую устойчивость , перемещая центр масс как можно ниже, помещая его под центр плавучести ». [3] Балласт также может быть отрегулирован для перевода платформы из режима глубокой осадки с уменьшенной площадью ватерлинии, оптимизированного для минимального движения на волнении, в режим буксировки с меньшим сопротивлением.
Плавучий сухой док балластируется для погружения опорной палубы ниже глубины судна, которое должно быть пришвартовано, и после того, как судно было перемещено по этой поверхности и закреплено на месте, балласт сбрасывается для подъема причальной платформы и пришвартованного судна над водой. Чтобы сделать это возможным, большая часть конструкции под опорной палубой разделена на балластные цистерны. Плавучий судоподъемник представляет собой меньшую версию, работающую по тому же принципу, которая может быть предназначена в качестве хранилища для определенного судна.
Затворы кессона сухого дока и шлюза устанавливаются на место по порожку, затем балластные цистерны заполняются водой, чтобы зафиксировать затвор на месте и обеспечить герметичность, пока док или шлюз осушаются.
Большинство вейкбордных лодок с встроенным двигателем имеют несколько встроенных балластных цистерн, которые заполняются водой с помощью балластных насосов, управляемых с рулевого управления с помощью кулисных переключателей. Обычно конфигурация основана на системе из трех цистерн с цистерной в центре лодки и еще двумя в задней части лодки по обе стороны от моторного отсека. Как и у больших судов, при добавлении водяного балласта в меньшие вейкбордные лодки корпус имеет более низкий центр тяжести и увеличивает осадку лодки . Большинство заводских балластных систем вейкбордных лодок можно модернизировать с большей емкостью, добавив мягкие структурированные балластные мешки. Увеличение водоизмещения за счет балластировки заставляет лодку создавать большие волны на любой заданной скорости за счет более высоких требований к мощности и нагрузке на винт для достижения этой скорости.
Балластные баки также используются в некоторых типах летательных аппаратов, таких как аэростаты ( воздушные шары и дирижабли ).
Балластная вода, взятая в резервуар из одного водоема и сброшенная в другой водоем, может внести инвазивные виды водной жизни. Забор воды из балластных резервуаров стал причиной внесения видов, которые наносят экологический и экономический ущерб, например, зебровых дрейссенов в Великих озерах Канады и США.
Неместные макробеспозвоночные могут попасть в балластный резервуар. Это может вызвать проблемы с экологической и экономической точки зрения. Макробеспозвоночные перевозятся трансокеанскими и прибрежными судами, прибывающими в порты по всему миру. Исследователи из Швейцарии отобрали образцы из 67 балластных резервуаров с 62 различных судов, работающих по географическим маршрутам, и проверили на предмет обмена в середине океана или длины рейса, при котором макробеспозвоночные имели высокую вероятность перемещения в другую часть мира. Была проведена оценка между связью присутствия макробеспозвоночных и количеством осадка в балластных резервуарах. Они обнаружили присутствие высокоинвазивного европейского зеленого краба , грязевого краба , обыкновенного барвинка , мягкопанцирного моллюска и голубой мидии в балластных резервуарах отобранных судов. Хотя плотность макробеспозвоночных была низкой, вторжение неместных макробеспозвоночных может вызывать беспокойство во время их брачного сезона. Наиболее серьезный эффект наблюдается, когда самка макробеспозвоночного вынашивает миллионы яиц на одно животное. [4]
Миграция живых животных и оседание организмов, прикрепленных к частицам, может привести к изменению распределения биоты в разных местах мира. Когда мелкие организмы покидают балластный резервуар, чужеродный организм может нарушить экологический баланс местной среды обитания и потенциально повредить существующую жизнь. Работники судна проверяют балластный резервуар на наличие живых организмов ≥50 мкм в отдельных сегментах стока, он также представляет уровень осадочных пород или почвы в резервуаре. [ необходимо уточнение ] На протяжении всего сбора образцов концентрации организмов в сегментах стока различались в результате, образцы также различались по уровню стратификации в других испытаниях. [ необходимо уточнение ] Лучшая стратегия отбора проб для стратифицированных резервуаров заключается в сборе различных интегрированных во времени образцов, равномерно распределенных в течение каждого сброса. [5]
Все трансокеанские суда , заходящие в Великие озера, обязаны управлять балластной водой и остатками балластных танков с помощью балластной воды для очистки и обмена на промывку танков. Управление и процедуры эффективно снижают плотность и богатство биоты в балластных водах и, таким образом, снижают риск транспортировки организмов из других частей света в неместные районы. Хотя большинство судов управляют балластной водой, не все способны очистить танки. В чрезвычайной ситуации, когда экипаж может очистить остаточные организмы, они используют рассол хлорида натрия (соли) для обработки балластных танков. Суда, прибывающие в Великие озера и порты Северного моря, подвергались воздействию высоких концентраций хлорида натрия до тех пор, пока уровень смертности не достигал 100%. Результаты показывают, что воздействие 115% рассола является чрезвычайно эффективной обработкой, приводящей к 99,9% уровню смертности живых организмов в балластных танках независимо от типа организма. Медиана составила 0%. Ожидается, что около 0,00% -5,33% организмов выживут после обработки хлоридом натрия. [6]
Конвенция об управлении балластными водами, принятая Международной морской организацией (ИМО) 13 февраля 2004 года, направлена на предотвращение распространения вредных водных организмов из одного региона в другой путем установления стандартов и процедур управления и контроля балластных вод и осадков судов. Она вступила в силу во всем мире 8 сентября 2017 года. [7] Согласно конвенции, все суда в международном сообщении обязаны управлять своими балластными водами и осадками в соответствии с определенным стандартом в соответствии с планом управления балластными водами для конкретного судна. Все суда также должны будут иметь журнал учета балластных вод и международный сертификат управления балластными водами. Стандарты управления балластными водами будут вводиться поэтапно в течение определенного периода времени. В качестве промежуточного решения суда должны будут обменивать балластные воды в открытом море. Однако в конечном итоге большинству судов потребуется установить бортовую систему очистки балластных вод. [7]
Разработан ряд руководств для содействия внедрению конвенции. Конвенция потребует от всех судов внедрения Плана управления балластными водами и осадками. Все суда должны будут иметь Журнал учета балластных вод и выполнять процедуры управления балластными водами в соответствии с заданным стандартом. Существующие суда должны будут делать то же самое, но после периода поэтапного внедрения. [7]
Одной из наиболее распространенных проблем при обслуживании судна является коррозия, которая происходит в двойном пространстве корпуса, которое занимают балластные цистерны на торговых судах. [8] Биодеградация покрытий балластных цистерн происходит в морской среде. Балластные цистерны обычно содержат бактерии и другие организмы, некоторые из которых могут повредить покрытие и структуру балластных цистерн. [9]
Микротрещины и небольшие отверстия были обнаружены в балластных цистернах. Кислотные бактерии создали отверстия длиной 0,2–0,9 мкм и шириной 4–9 мкм. Естественное сообщество вызвало трещины глубиной 2–8 мкм и длиной 1 мкм. Покрытия, пораженные бактериями, снизили коррозионную стойкость, что было оценено с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). [9]
Естественное бактериальное сообщество вызывает потерю коррозионной стойкости покрытия с течением времени, снижаясь после 40 дней воздействия, что приводит к образованию пузырей на поверхности балластного танка. Бактерии могут быть связаны с определенными образцами биопленки, влияющими на различные типы атак покрытия. [ неопределенно ] [9] [10]
Буи-шпангоуты ... использовались в офшорной нефтяной промышленности в течение многих лет. Они состоят из одного длинного цилиндрического резервуара и достигают гидродинамической устойчивости за счет перемещения центра масс как можно ниже, размещения балласта под резервуаром плавучести."; "для поддержания устойчивости платформы против опрокидывания, особенно для ветряной турбины, где вес и горизонтальные силы действуют намного выше центра плавучести. ... значительный балласт должен быть добавлен ниже центра плавучести, или плавучесть должна быть широко распределена для обеспечения устойчивости.
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )