комплекс для транспортировки грузов в ледовой и водной среде

Формула изобретения

1. Комплекс для транспортировки грузов в ледовой и водной среде, включающий в себя подводные баржи, соединенные с буксиром, отличающийся тем, что подводные баржи снабжены поплавками с управляемыми лебедками, тросы которых соединены с подводными баржами, а поплавки соединены тягами между собой и буксиром, при этом одна из подводных барж соединена с буксиром магистралью для подачи топлива, передняя подводная баржа снабжена устройством базирования буксира, а буксир снабжен захватами для его удержания на устройстве базирования подводной баржи с выступающей за ее переднюю оконечность носовой его частью, причем носовая часть буксира снабжена поворотной рамой со звездочками, с цепью с режущими элементами и приводом вращения нижней звездочки, а рама имеет возможность фиксации при вертикальном положении цепи с режущими элементами, буксир снабжен упорами для ограничения его перемещения к нижней поверхности ледового поля и поплавками, закрепленными на тросе его лебедок, при этом буксир и его поплавки снабжены магистралями принудительного воздухообмена, расположенными на поворотной штанге с приводом и упором, размещенной на буксире и имеющей возможность располагаться в прорези льда от режущих элементов.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что подводная баржа с топливом снабжена магистралью для подачи в нее газа под давлением.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что подводные баржи имеют отсек с отверстиями в нижней части, причем в отсеке размещен источник газа под давлением с запорной арматурой, управляемой дифференциальным датчиком давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, в частности к комплексу для транспортировки грузов водным путем с ледовым покрытием или без него. Преимущественное использование изобретение имеет для транспортировки ценных или экологически опасных грузов, или военных грузов, которые при транспортировке не должны подвергаться разрушению, столкновениям, выносу на мели, разрушению при шторме, когда транспортировка проводится при сочетании открытой воды с возможностью штормов и с тяжелыми льдами.

Известен комплекс для транспортировки грузов в ледовой и водной среде, содержащей ледокол и несколько судов ледового класса, которые следуют за ледоколом в образованной им свободной воде в ледовом поле (см. БСЭ, М.: Советская энциклопедия, 1973, т. 14, с. 263, Ледокол).

Фактически ледокол играет роль буксира без жесткой связи между ним и судами, следующими за ним.

Недостатками этого комплекса можно считать ограниченность толщины ледового слоя при резком падении скорости при росте толщины льда; ледокол и суда, которые используются для транспортировки грузов, должны иметь усиленный корпус, что снижает КПД комплекса по отношению к грузу; при выходе на чистую воду суда подвергаются воздействию шторма, возникновению любых аварийных ситуаций, начиная от столкновения и кончая сносом на опасные участки при потере управления; наличие на каждом судне экипажа и энергетических установок; выход из строя судов при знакопеременной нагрузке на корпусе в сочетании с ударной нагрузкой.

Известен комплекс для транспортировки грузов в ледовой и водной среде, включающий в себя подводные баржи, соединенные с буксиром (см. Р. Шенкнехт и др. Суда и судоходство будущего. Л.: Судостроение, 1981, с. 98, 99, рис. 72).

Недостатками этого комплекса можно считать обязательное возникновение вертикальной составляющей силы от тяги, которая будет подтапливать буксир и выводитm его из оптимального положения, что приведет к повышению расхода топлива и снижению скорости движения; неспособность судна транспортировать груз во льдах; возможность аварии при сильном шторме.

Техническим результатом изобретения является исключение влияния шторма на комплекс; исключение влияния сноса при потере управления; исключениt влияния на комплекс столкновений; возможность преодоления практических любых тяжелых льдов; снижение мощности на единицу полезного груза, и, следовательно, стоимости.

Он достигается тем, что в комплексе для транспортировки грузов в ледовой и водной среде, включающем в себя подводные баржи, соединенные с буксиром, подводные баржи снабжены поплавками с управляемыми лебедками, тросы которых соединены с подводными баржами, а поплавки соединены тягами между собой и буксиром, при этом одна из подводных барж соединена с буксиром магистралью для подачи топлива, передняя подводная баржа снабжена устройством базирования буксира, а буксир снабжен захватами для его удержания на устройстве базирования подводной баржи с выступающей за ее среднюю оконечность носовой его частью, причем носовая часть буксира снабжена поворотной рамой со звездочками, с цепью с режущими элементами и с приводом вращения нижней звездочки, а рама имеет возможность фиксации при вертикальном положении цепи с режущими элементами, буксир снабжен упорами для ограничения его перемещения к нижней поверхности ледового поля и поплавками, закрепленными на тросе его лебедок, при этом буксир и его поплавки снабжены магистралями принудительного воздухообмена, расположенными на поворотной штанге с приводом и упором, размещенной на буксире и имеющей возможность располагаться в прорези льда от режущих элементов.

Кроме того, подводная баржа с топливом снабжена магистралью для подачи в нее газа под давлением.

Кроме того, подводные баржи имеют отсек с отверстиями в нижней части, причем в отсеке размещен источник газа под давлением с запорной арматурой, управляемой дифференциальным датчиком давления.

На фиг. 1 изображен комплекс для транспортировки грузов в ледовой и водной среде, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - соединение буксира с баржей; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - система воздухообмена; на фиг. 6 - поплавок; на фиг. 7 - узел I на фиг. 3; на фиг. 8 - схема заполнения газом полости баржи; на фиг. 9 - направляющая штанга для прохождения льдов с системой воздухообмена.

Буксир 1 имеет энергетическую установку, рулевое управление, двигатель, помещение для экипажа и технического оборудования. По боковым сторонам буксира 1 размещены поплавки 2 на тросах лебедки, которая находится внутри корпуса буксира 1. Сам буксир имеет форму подводной лодки и может быть герметизирован. На палубе расположены упоры 3, направляющая штанга 4 с приводом 5, упором 6 и выходными концами магистралей принудительного воздухообмена для прохождения льдов. На передней оконечности буксира 1 размещена поворотная рама 9 со звездочками 10, приводом 11 и режущими элементами 12 на роликовой цепи 13. Рама 9 имеет привод (внутри буксира) с тросом 14 и упорами 15. Буксир 1 соединен с магистралью 16 с баржей 17, которая расположена между грузовыми баржами 18, и в ней размещено топливо. Магистраль 16 состоит из двух ветвей: одна для подачи газа под давлением в баржу 17, вторая для подачи вытесненного топлива в буксир для энергоустановки. Передняя баржа 18 имеет устройство 19 базирования буксира 1, которое сопрягается с дном буксира 1 и имеет боковые выступы 20, а на буксире имеются захваты 21 с приводом 22 с тягами 23, которые способны заводить захваты 21 за выступы 20 и удерживать буксир 1 на устройстве 19. Баржи 18 имеют снизу опорные лыжи 24 для возможности взаимодействия с любым донным грунтом, отсеки 25 с отверстиями 26 в нижней части. В отсеках размещены источник газа под давлением 27 с управляемым клапаном 28, источником питания 29 и манометром 30 дифференциального типа, одна полость которого соединена с внешней водной средой, а пружина 31 определяет допустимую глубину погружения. Все баржи 18 имеют поплавки 32 с наклонными штангами 33, которые наклонены назад по ходу движения, а штанги 33 на своих верхних концах имеют плоские пружины 34, причем крепление тяги 35, которая выполнена в виде троса и соединяет поплавки 32 между собой и буксиром 1, размещено ниже пружин 34. Сами поплавки 32 имеют лебедку 36, ролик 37 и стояк 38, высота которого определяет степень возможного подтопления и повышения давления во внутренней полости поплавка 32, который имеет только это единственное отверстие. Если привод лебедки выполнен в виде шагового двигателя, то отсчет глубины погружения может быть выведен в числовом значении сразу же. На поплавках 2 магистрали 7, 8 вывода отработанных газов и ввода воздуха при погруженном положении имеют: для вывода из магистрали 7 на конце магистрали имеется обратный клапан, а на вводе имеется поплавок 39, который находится либо на сетке, либо всплывает и закрывает вход магистрали 8, когда вода заполняет вход.

Далее, магистраль соединена с емкостью 41, откуда постоянно откачивается вода насосом 42 и отбирается воздух либо в помещение, либо к двигателю для приготовления горючей смеси.

Действует комплекс следующим образом.

При движении или в покое комплекс займет положение, как показано на фиг. 1. Разница будет только в отклонении тросов лебедки 36, которые соединяют поплавки 32 и баржи 18. При возникновении шторма буксир 1 может отсоединиться и уйти в другой район, переждать шторм и вернуться обратно, подсоединиться и продолжать движение. В этом случае баржи опускают на 100 м, где при любом шторме отсутствует волнение, а поиск после возвращения ведут по сигналам от передатчиков на любом из поплавков 32 и по снимкам из космоса. При любом шторме из-за инерционности барж 18 поплавки будут подтапливаться и испытывать нагружение, которое соответствует глубине подтопления, причем на короткое время. Однако, не всегда можно уйти от груза из-за его специфики. В этом случае поднимается лебедками первая баржа 18, буксир 1 заходит на устройство базирования 19, приводом 22 соединяется захватами 21 за выступы 20 и баржа 18 с буксиром 1 опускается на 100 м, выпускаются поплавки 2 на поверхность и можно продолжать движение. Если поступает много воды, то можно переждать или двигаться на аккумуляторах. Аналогично поступают при потере управления или отказе двигателя. При выходе на малые глубины опускают баржи и буксир на донный грунт, а сами баржи служат якорем. На поплавках 2 могут быть предусмотрены телекамеры для наблюдения поверхности.

При входе на ледовые участки буксир 1 может соединиться с первой баржей, зайти под лед, повернуть приводом и тросом 14 раму 9 до упора 15, включить двигатель 11 и начать медленно подниматься с помощью тросов лебедок 36 поплавков 32. Произойдет прорезание льда и можно начать движение. Поплавки 32 уйдут под лед за счет штанг 33. После образования прорези включают привод 5 и штангу 4 поворачивают до упора 6 и она войдет в прорезь. Это позволит всегда сохранять перпендикулярное положение рамы относительно ледовой нижней поверхности, т.к. упоры 3 имеют точечный контакт с ней и ограничивают подъем буксира 1. На фиг. 7 показан размер рабочий толщины льда, который может быть прорезан. Этот размер целесообразно принять с запасом 5 - 6 метров, что вообще непроходимо для любого ледокола, а можно и больше. Упоры 3 и пружины 34 позволят компенсировать неровности нижней поверхности ледового поля. Упоры 3 могут быть также подпружинены. Такой величины рабочая часть полностью обеспечит движение, т.к. фактически сквозная прорезь нужна только для того, чтобы обеспечить воздухообмен (отвод отработанных газов и подачу воздуха для образования смеси). Поэтому и при местном утолщении льда хоть до 20 метров за счет подвижек не играют роли. Если же участок велик, то можно перейти на аккумуляторы.

Фактически проходятся любые льды, которые недоступны никаким ледоколам. На штанге нужно также иметь телекамеру и обязателен гидролокатор.

Баржу 13 можно опустить ниже любого ледяного выступа совместно с буксиром 1 и тогда опасности будут подвергаться поплавки 32. Но их число с запасом это тоже маловероятно для аварийной ситуации, как и при наезде на поплавки и частичном их разрушении. Это самый маловероятный случай. Но и тогда, срабатывает манометр 30 и газ из емкости 27 вытеснит воду через отверстие 26, она приобретет положительную плавучесть и всплывет. Так что, практически нет случаев, которые могли бы привести к разрушению барж, комплекса, потере груза и гибели комплекса, причем она может двигаться вообще скрытно, если закомуфлировать поплавки 32.

Фактически буксир 1 имеет только экипаж и помещение для него, двигатель и его отсек, а топливо буксир получает от баржи 17. Кроме этого, могут быть аккумуляторы и аварийный запас топлива, допустим на час работы. Экипаж около 10 человек. Поэтому буксир при значительной мощности двигателя будет малой грузоподъемности и габаритов. Скорость движения не нужна большой, т.к. заказчику нужно надежно получать груз и его не интересует скорость, с которой комплекс двигался. Поэтому можно ограничить скорость 20 км/час. Это в 3 раза меньше мощных судов на такой объем груза, а т.к. скорость входит в третьей степени в мощность с учетом сопротивления набегающему потоку, то мощность снизится в 9 раз. Кроме этого, если считать, что мощность, которая тратится на преодоление льда пропорциональна ширине прохода, то при ширине режущей части 50 мм будет экономия примерно в 70 раз.

Баржи 18 могут загружаться любым грузом, но желательно, чтобы сохранить их тонкостенность, груз следует разместить в водонепроницаемой пленке и дозаполнить водной средой или газом под давлением, но тогда в последнем случае нужна автоматика.

Полностью исключается пожар, т.к. баржи не имеют ни одного провода и, следовательно, источника возгорания или искры, причем практически при равной температуре, что позволяет не заботиться о стравливании давления и загустении при низких температурах.

Баржа столь дешева в изготовлении, что обратно ее тащить нет смысла, но ее очень удобно использовать в качестве хранилища топлива на донном грунте с управлением подъема или удержания лебедкой. Если покупатель не хочет ее использовать как хранилище, то проще ее продать на металлолом.

Глубина погружения позволяет без перегрузки транспортировать нефть по рекам, причем снизить ее по сравнению с высотой за счет поплавок, избежать перегрузок. Но для маневренности на реках нужно иметь сзади еще один буксир. Комплекс универсален и позволяет проводить транспортировку на севере круглый год при соединении рек и моря. Таким образом, достигаются все поставленные цели, которые сформулированы выше.