Кіріспе
Сұйық балласты сақтауға арналған бөлімше. Балласт резервуары – қайық, кеме немесе басқа да су үстінде қалқып отыратын құрылымның ішіндегі суды сақтайтын бөлімше. Ол кемеге гидростатикалық тұрақтылықты қамтамасыз ету, су асты кемелері сияқты, су үстіндегі қалықтауды азайту немесе бақылау, крен немесе тік бұрылысты түзету, корпус бойымен жүктемені тегіс бөлу арқылы конструкциялық деформацияны немесе иілуді азайту, немесе жартылай су асты кемесі немесе платформада, сондай-ақ SWATH-та суға батып кетуді жақсарту үшін балласт ретінде қолданылады. Суды резервуарда пайдалану, ескі кемелерде қолданылған тас немесе темір балласты қарағанда салмақты оңай реттеуге мүмкіндік береді және экипажға балласты уақытша сорғылап, кеменің суға бату тереңдігін азайтуды жеңілдетеді. Әуе кемелері балласт резервуарларын негізінен қалықтауды бақылау және кренді түзету үшін пайдаланады.
A ballast tank is a compartment within a boat, ship or other floating structure that holds water, which is used as ballast to provide hydrostatic stability for a vessel, to reduce or control buoyancy, as in a submarine, to correct trim or list, to provide a more even load distribution along the hull to reduce structural hogging or sagging stresses, or to increase draft, as in a semi submersible vessel or platform, or a SWATH, to improve seakeeping. Using water in a tank provides easier weight adjustment than the stone or iron ballast used in older vessels, and makes it easy for the crew to reduce a vessel's draft when it enters shallower water, by temporarily pumping out ballast. Airships use ballast tanks mainly to control buoyancy and correct trim.
Тарих
Баласттық резервуардың негізгі принципін су өмірінің көптеген түрлерінде көруге болады, мысалы, көпіршік балық немесе аргонавт сегіз аяқтыларында. Адамдар бұл идеяны әртүрлі мақсаттар үшін көп рет ойлап тапқан және жаңартып келген. Баласттық резервуарды қолданған суасты қайығының алғашқы жазбадағы мысалы – Дэвид Бушнеллдің 1776 жылы жауынгерлік операцияда қолданған Turtle суасты қайығы болды. 1849 жылы сол кезде Иллинойс штатының адвокаты болған Авраам Линкольн, Солтүстік Америка өзендеріндегі сайлаулардан жүк кемелерінің өтуіне мүмкіндік беретін баласттық резервуар жүйесіне патент алды.
Кемелер
Баласт беткі кемелерде су тартуды, крен, тіктеп қалуды және тұрақтылықты өзгерту үшін қолданылады. Ол сонымен қатар конструкциялық жүктеме таралуын, әдетте, иілу және көтерілу кернеулеріне әсер ететін бойлық жүктеме таралуын өзгерту үшін де пайдаланылуы мүмкін. Баласт теңіздегі қозғалысқа әсер ететін инерция моменттерін өзгертуге де мүмкіндік береді. Теңіздегі адам өмірінің қауіпсіздігі туралы конвенцияға (SOLAS) сәйкес халықаралық келісімдер жүк және жолаушылар кемелерінің белгілі бір түрдегі зақымдануларға төзімді болуын талап етеді. Бұл критерийлер кемедегі бөлімдердің бөлінуін және олардың ішкі құрылымдық бөлінуін анықтайды. Аталған халықаралық келісімдерге қол қойған мемлекеттер өз суларында және олардың туын көтеруге құқылы кемелерде осы ережелерді іске асыруға міндетті. Баласт кейбір бөлімдердің суға батуынан туындаған тұрақтылықтың жоғалуын өтеу үшін қолданылуы мүмкін. Баласт көбінесе кеме балластау кезінде жүзетін су болып табылады, мысалы, балласттық резервуарларға сорғыланатын теңіз суы. Кеме түріне қарай резервуарлар қос түпті (кеме ені бойына созылатын), қанатты резервуарлар (күлден палубаға дейінгі сыртқы бөлікте орналасқан) немесе хоппер резервуарлары (корпус пен негізгі палуба арасындағы жоғарғы бұрыштық бөлікті алып жататын) болуы мүмкін. Бұл балласттық резервуарлар суды соруға және шығаруға арналған сорғылармен байланыстырылған. Экипаж бұл резервуарларды кемеге салмақ қосу және жүк тасымайтын кезде оның тұрақтылығын арттыру үшін толтырады. Шұғыл жағдайларда экипаж ауыр дауыл кезінде қосымша салмақ қосу үшін немесе төмен көпірлерден өту үшін арнайы жүк кеңістіктеріне балласт суын соғуы мүмкін.
Су асты кемелері
Су асты кемелері мен батискафтарда кеменің жүзу қабілетін реттеу үшін баласттық резервуарлар қолданылады. Батискафтар сияқты кейбір су асты кемелері тек жүзу қабілетін басқару арқылы суға түсіп, қайта суға шығады. Олар баласттық резервуарларды сумен толтырып суға батып, кейін тастамалы баласт салмағын тастап немесе сақталған қысымды ауамен резервуарларды судан босатып, қайтадан жүзуге жетеді. Су асты кемелері үлкен, күрделі және қуатты су асты қозғалтқыштарына ие. Олар су астында көлденең қашықтықтарды жүзуі керек, тереңдікті дәл басқару қажет, бірақ олар тым терең түспейді және стационарлық режимде тік суға түсудің қажеті жоқ. Олардың тереңдікті басқарудың негізгі құралы – алға қозғалыспен үйлесімдегі суға түсу жапсырмалары (Ұлыбританияда гидрожапсырмалар). Жер бетінде баласттық резервуарлар оңдық жүзу қабілетін қамтамасыз ету үшін босатылады. Суға түскенде, басты баласттық резервуарлар шамамен бейтарап жүзу қабілетін жеткізу үшін сумен толтырылады. Тереңдікті басқару резервуарлары салмақтағы өзгерістерді өтеу үшін суды сору немесе шығару арқылы жүзу қабілетін дәл реттеуге қолданылады. Баласт суын көлденең тепе-теңдікті сақтау үшін тримдік резервуарлар арасында ауыстыруға болады. Содан кейін жапсырмалар бірге реттеледі, корпусты деңгейінде ұстап, төмен қарай бағыттайды. Тік суға түсу үшін кор жапсырмалары кері бұрылып, корпусты төмен қарай бағыттау үшін қолданылуы мүмкін. Экипаж басты баласт резервуарларының үстіндегі тежегіштерді ашып, төменгі клапандарды аша отырып, кемені суға батырады. Бұл ауаның шығуына мүмкіндік береді, ал су резервуарға ағызылады. Ауа шыққан сайын кеменің жүзу қабілеті төмендеп, оның батуына себеп болады. Су асты кемесінің суға шығуы үшін экипаж баласт резервуарларының үстіндегі тежегіштерді жауып, резервуарларға қысымды ауа жібереді. Жоғары қысымды ауа резервуарлардың үстінде жиналады және ауа көпіршігі суды төменгі клапандар арқылы сығып шығарып, кеменің жүзу қабілетін арттырады, оның көтерілуіне себеп болады. Көтерілген сайын гидростатикалық қысым төмендеп, ауа резервуарларда кеңейеді және артық ауа төменгі клапандар арқылы шығып, максималды жүзу қабілетіне жеткенше көтерілу жылдамдығын арттырады. Су асты кемесінде баласт резервуарларының бірнеше түрі болуы мүмкін: суға түсу және суға шығу үшін басты баласт резервуарлары, су асты кемесінің орналасуын (оның «тримі») су бетінде де, су астында да реттеу үшін тримдік резервуарлар және жүзу қабілетін дәл реттеу үшін тереңдікті басқару резервуарлары.
Жүгіретін құрылымдар
Баласттық резервуарлар терең сулық мұнай платформалары мен жүзетін жел турбиналарының тұрақтылығы мен жұмыс істеуі үшін де маңызды. Баласт салмақ орталығын мүмкіндігінше төменге, суға қарай жылжыту арқылы гидростатикалық тұрақтылықты арттырады. Тірі жануарлардың қоныс аударуы және организмдердің шөгінді түрінде жабысуы әлемнің әртүрлі аймақтарында биотаның таралуын өзгертуі мүмкін. Баласт резервуарынан кішкентай организмдер шығып кетсе, бөгде организм жергілікті экожүйенің тепе-теңдігін бұзып, тіршілікке зиян келтіруі мүмкін. Кеме жұмыскерлері ағынның бөліктерінде ≥50 мкм өлшемді тірі организмдерді тексеріп, резервуардағы әртүрлі тау жыныстары мен топырақтың шөгінді деңгейін анықтайды. Үлгілерді жинау кезінде организмдердің концентрациясы ағын сегменттерінде әртүрлі болды, ал басқа сынақтарда қабатталу деңгейі де өзгерді. Қабатталған резервуарлар үшін ең тиімді үлгі алу стратегиясы – әр төгілімде тең аралықта орналасқан, уақыт бойынша жиналған бірнеше үлгіні алу болып табылады. Ұлы көлдерге кіретін барлық трансокеандық кемелер балласт суын және резервуар қалдықтарын тазалау үшін, танкті шаю мақсатында балласт суын басқаруға міндетті. Осы басқару шаралары мен процедуралар балласт суларындағы биотаның тығыздығы мен байлығын тиімді түрде азайтады, соның салдарынан организмдердің әлемнің басқа бөліктерінен жергілікті емес аймақтарға таралу қаупі төмендейді. Көптеген кемелер балласт суын басқару жүргізсе де, барлығы резервуарларды толық тазарта алмайды. Төтенше жағдайларда, экипаж қалдық организмдерді тазарта алса, балласт резервуарларын дезинфекциялау үшін натрий хлориді (тұз) ерітіндісін қолданады. Ұлы көлдерге және Солтүстік теңіз порттарына келген кемелер 100% өлім-жітімге жеткенше жоғары концентрациялы натрий хлоридіне ұшырады. Нәтижелер көрсеткендей, 115% тұздық ерітіндісімен өңдеу өте тиімді, ол организм түріне қарамастан балласт резервуарларындағы тірі организмдердің 99,9% өліміне әкеледі. Орташа көрсеткіш 0% құрайды. Натрий хлоридімен өңдеуден 0,00–5,33 организмнің аман қалуы күтілуде. Халықаралық теңіз ұйымы (IMO) 2004 жылғы 13 ақпанда қабылдаған Балласт суларын басқару конвенциясы кемелердің балласт сулары мен шөгінділерін басқару және бақылау бойынша стандарттар мен процедураларды белгілеу арқылы зиянды су организмдерінің бір аймақтан екінші аймаққа таралуын болдырмауға бағытталған. Бұл конвенция 2017 жылғы 8 қыркүйекте күшіне енді. Конвенцияға сәйкес, халықаралық қатынастағы барлық кемелер өздерінің балласт суларын және шөгінділерін кемеге арналған балласт суларын басқару жоспарына сәйкес, белгілі бір стандартқа сәйкес басқаруға міндетті. Сонымен қатар, барлық кемелерде балласт суларының тіркеме кітабы мен халықаралық балласт суларын басқару сертификаты болуы керек. Балласт суларын басқару стандарттары белгілі бір кезеңде кезең-кезеңмен енгізіледі. Алғашқы шешім ретінде кемелер теңіз ортасында балласт суын алмастыруы керек. Алайда, көптеген кемелерге ақырында балласт суын тазарту жүйесі орнатылуы қажет болады. Теңіз ортасында балласт резервуарларының биодеградациясы жүреді. Баласт резервуарларында бактериялар мен басқа да организмдер болады, олардың кейбіреулері резервуардың қаптамасына және құрылымына зақым келтіруі мүмкін. Баласт резервуарларында микрожарықтар мен кішкентай тесіктер табылды. Қышқыл бактериялар 0,2–0,9 мкм ұзындығы және 4–9 мкм ені бар тесіктер жасады. Табиғи орта 2–8 мкм тереңдікте және 1 мкм ұзындықта жарықтарды тудырды. Бактериялық әсерге ұшыраған қаптамалар электрохимиялық импеданстық спектроскопия (EIS) арқылы бағаланғанда, коррозияға төзімділігі төмендеді.