Введение

Балястный отсек – это отсек внутри лодки, судна или другой плавучей конструкции, предназначенный для хранения воды, которая используется в качестве балласта для обеспечения гидростатической остойчивости судна, уменьшения или контроля плавучести (например, в подводной лодке), коррекции дифферента или крена, более равномерного распределения нагрузки по корпусу для снижения напряжений от прогиба или изгиба корпуса, или для увеличения осадки, как в полупогружных судах или платформах, или в судах типа SWATH, для улучшения мореходных качеств. Использование воды в отсеке обеспечивает более простую регулировку веса по сравнению с каменным или железным балластом, применявшимся на старых судах, и позволяет экипажу легко уменьшить осадку судна при входе в мелководье, временно откачивая балласт. Дирижабли используют балластные отсеки главным образом для контроля плавучести и коррекции дифферента.

История

Основную концепцию балластного резервуара можно увидеть во многих формах водной жизни, таких как рыба-игла или осьминог-аргонавт. Эта концепция была изобретена и переизобретена человеком много раз для различных целей. Первый задокументированный пример использования балластного резервуара на подводной лодке относится к "Черепахе" Дэвида Бушнелла, которая в 1776 году стала первой подводной лодкой, использованной в боевых действиях. В 1849 году Абрахам Линкольн, в то время адвокат из Иллинойса, запатентовал систему балластных резервуаров, позволяющую грузовым судам преодолевать отмели на реках Северной Америки.

Корабли

Балласт используется на надводных судах для изменения осадки, дифферента, крена и остойчивости. Он также может использоваться для изменения распределения конструктивных нагрузок, как правило, продольного распределения нагрузок, которое влияет на напряжения при выпучивании и прогибе корпуса. Балласт также может использоваться для изменения моментов инерции, влияющих на движение судна на волнении. Международные соглашения в рамках Конвенции СОЛАС (Safety Of Life At Sea) требуют, чтобы грузовые и пассажирские суда строились с возможностью выдерживать определенные виды повреждений. Критерии определяют разделение отсеков внутри судна и их подразделение. Эти международные соглашения возлагают на государства-участники обязанность по внедрению правил в своих водах и на судах, имеющих право плавать под их флагом. Балласт может использоваться для компенсации потери остойчивости из-за затопления некоторых отсеков. Обычно балластом является вода, в которой судно плавает в момент балластировки, например, морская вода, закачиваемая в балластные танки. В зависимости от типа судна, танки могут быть двойным дном (проходящим по всей ширине судна), боковыми танками (расположенными по внешней стороне от киля до палубы) или хоппер-танками (занимающими верхний угловой участок между корпусом и главной палубой). Эти балластные танки соединены с насосами, которые закачивают или откачивают воду. Экипажи заполняют эти танки, чтобы увеличить вес судна и улучшить его остойчивость, когда оно не перевозит груз. В экстремальных условиях экипаж может закачивать балластную воду в специально отведенные грузовые помещения для увеличения веса во время штормовой погоды или для прохода под низкими мостами.

Подводные лодки

В подводных лодках и батискафах балластные резервуары используются для управления плавучестью судна. Некоторые батискафы, такие как батискафы, погружаются и всплывают исключительно за счет управления своей плавучестью. Они заполняют балластные резервуары для погружения, а затем, чтобы всплыть, либо сбрасывают сбрасываемые балластные грузы, либо используют накопленный сжатый воздух для вытеснения воды из балластных резервуаров, восстанавливая плавучесть. Подводные лодки больше, сложнее и оснащены мощными подводными двигателями. Им необходимо преодолевать горизонтальные расстояния под водой, требуется точный контроль глубины, однако они не погружаются на такую же глубину и не нуждаются в вертикальном погружении на месте. Основным средством управления глубиной служат горизонтальные рули (гидропланы в Великобритании) в сочетании с движением вперед. На поверхности балластные резервуары опорожняются для обеспечения положительной плавучести. При погружении основные балластные резервуары заполняются водой для достижения приблизительно нейтральной плавучести. Резервуары для контроля глубины используются для точной регулировки плавучести путем перекачки воды внутрь или наружу для компенсации изменений веса. Балластная вода может перетекать между дифференционными резервуарами для обеспечения горизонтальной остойчивости судна. Затем рули регулируются вместе, чтобы корпус опустился вниз, оставаясь при этом на одном уровне. Для более крутого погружения кормовые рули могут быть развернуты и использованы для наклона корпуса вниз. Экипаж погружает судно, открывая вентили в верхней части основных балластных резервуаров и клапаны в нижней части. Это позволяет воде заполнять резервуар, в то время как воздух выходит через верхние вентили. По мере выхода воздуха из резервуара плавучесть судна уменьшается, что приводит к его погружению. Чтобы подводная лодка всплыла, экипаж закрывает вентили в верхней части балластных резервуаров и подает в них сжатый воздух. Воздух высокого давления накапливается в верхней части резервуаров, и воздушный пузырь выталкивает воду через нижние клапаны, увеличивая плавучесть судна и заставляя его подниматься. По мере подъема гидростатическое давление снижается, что приводит к расширению воздуха в резервуарах и ускорению скорости подъема, пока избыток воздуха не выйдет через нижние клапаны и не будет достигнута максимальная плавучесть. Подводная лодка может иметь несколько типов балластных резервуаров: основные балластные резервуары для погружения и всплытия, дифференционные резервуары для регулировки положения подводной лодки (ее дифферента) как на поверхности, так и под водой, и резервуары для контроля глубины для точной регулировки плавучести.

Плавучие конструкции

Балластные резервуары также являются неотъемлемой частью стабильности и работы глубоководных морских нефтяных платформ и плавучих ветровых турбин. Балласт повышает "гидростатическую устойчивость, перемещая центр масс как можно ниже, под центр плавучести". Миграция живых животных и прикрепление организмов к частицам может привести к изменению распределения биоты в разных регионах мира. Когда мелкие организмы покидают балластный резервуар, чужеродный организм может нарушить экологический баланс местной среды обитания и потенциально нанести вред существующей жизни. Работники судна проверяют балластные резервуары на наличие живых организмов ≥50 мкм в отдельных сегментах слива, что также отражает уровень осадочных пород или почвы в резервуаре. В ходе сбора проб концентрация организмов варьировалась в разных сегментах слива, а в других испытаниях наблюдались различия в уровнях стратификации. Наилучшей стратегией отбора проб для стратифицированных резервуаров является сбор нескольких интегрированных проб, равномерно распределенных по всему объему слива. Все трансокеанские суда, входящие в Великие озера, обязаны обрабатывать балластную воду и остатки из балластных резервуаров, очищая и заменяя воду для промывки резервуаров. Эти меры и процедуры эффективно снижают плотность и видовое разнообразие биоты в балластных водах, тем самым уменьшая риск переноса организмов из других частей мира в чуждые им регионы. Хотя большинство судов проводят обработку балластной воды, не все способны полностью очистить резервуары. В аварийных ситуациях, когда экипаж может удалить остаточные организмы, они используют солевой раствор хлорида натрия (соль) для обработки балластных резервуаров. Суда, прибывающие в порты Великих озер и Северного моря, подвергались воздействию высоких концентраций хлорида натрия до достижения 100% смертности. Результаты показывают, что воздействие 115% солевого раствора является чрезвычайно эффективным методом обработки, приводящим к 99,9% смертности живых организмов в балластных резервуарах, независимо от их вида. Медианный показатель выживаемости составил 0%. Ожидается, что выживет от 0,00 до 5,33 организмов после обработки хлоридом натрия. Конвенция об управлении балластными водами, принятая Международной морской организацией (IMO) 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. В соответствии с Конвенцией, все суда, осуществляющие международные перевозки, обязаны управлять своими балластными водами и осадками в соответствии с определенными стандартами, указанными в плане управления балластными водами для конкретного судна. На всех судах также должны быть бортовой журнал учета балластных вод и международный сертификат управления балластными водами. Стандарты управления балластными водами будут внедряться поэтапно. В качестве промежуточного решения судам следует осуществлять обмен балластной воды в открытом океане. Однако в конечном итоге большинству судов потребуется установить бортовую систему очистки балластных вод. Биодеградация покрытий балластных резервуаров происходит в морской среде. Балластные резервуары обычно содержат бактерии и другие организмы, некоторые из которых могут повредить покрытие и конструкцию балластного резервуара. В балластных резервуарах были обнаружены микротрещины и небольшие отверстия. Кислотные бактерии создали отверстия длиной 0,2–0,9 мкм и шириной 4–9 мкм. Естественное сообщество микроорганизмов вызвало трещины глубиной 2–8 мкм и длиной 1 мкм. Коррозионная стойкость покрытий, подвергшихся воздействию бактерий, снизилась, что было оценено с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (EIS).