мореходное ледокольно-транспортное судно и движительно-рулевое устройство для него

Формула изобретения

1. Мореходное ледокольно-транспортное судно, имеющее корпус с килем, бак с рубкой, носовую заостренную оконечность, кормовые выпуклые ложкообразные обводы, кормовую палубу и движительно-рулевые устройства, отличающееся тем, что корпус дополнительно снабжен плоским бульбом, значительно выступающим за носовой перпендикуляр, носовые обводы выполнены с U-образными шпангоутами по всей высоте борта, включая надстройку бака с обтекаемой рубкой, киль в районе ахтерштевня выполнен подъемным таким образом, что в убранном состоянии за линию ахтерштевня выступает его нижняя кормовая кромка, имеющая клинообразную форму, кормовые ложкообразные обводы образуют овальный в плане участок палубы с наклонным, под углом 45°, транцем, а в подводной части плавно переходят в бортовые були-спонсоны, снабженные коридорами с продольными щелями в их днищевой части для перемещения по ним движительно-рулевых устройств, бортовые були-спонсоны с наружной стороны завершаются разваленным бортом в их кормовой части и заваленным бортом в их носовой части так, чтобы линия наибольших ширин борта в этом районе, имеющая направление вверх и в корму, пересекала ватерлинию под углом 3-6°, при этом общая ширина корпуса по булям-спонсонам в районе ватерлинии больше, чем на миделе, а днищевая часть коридора имеет в поперечных сечениях горизонтальную или слегка килеватую поверхность, идущую в корму под углом 1-3° к ватерлинии и выходящую на палубу под углом 45° по обе стороны овального ее участка в виде уступа, перпендикулярного диаметральной плоскости корпуса.

2. Движительно-рулевое устройство, содержащее две полноповоротные стойки с гондолами, размещенные в кормовой части судна, моторы в гондолах, вращающие гребные винты, силовые коммуникации, подводимые к стойкам от энергетического модуля судна, при этом стойки с гондолами размещены по обе части кормы в булях-спонсонах, а каждая стойка с гондолой содержит в верхней части обтекаемую наделку в виде шарового сегмента основанием наверх, снабженным кольцевым упорным подшипником скольжения по его периметру, соосный с сегментом вертикальный вал, вращающийся при помощи мотора в опорно-упорном подшипнике каретки, расположенной в коридоре буля-спонсона корпуса судна и способной перемещаться за счет подвижных силовых коммуникаций на четырех конических зубчатых колесах, попарно соединенных поперечными гидроцилиндрами каретки и приводимых в движение встроенными в них гидромоторами, которые входят в зацепление с наклонными зубчатыми рейками, проложенными по обе стороны от щели в днищевой части коридора, при этом ширина щели равна диаметру вертикального вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к водному транспорту, преимущественно могут быть использованы для создания судов двойного назначения.

Уровень техники заявляемых изобретений известен из используемых на практике ледоколов и ледокольных судов (1), судов двойного действия, в которых за счет полноповоротных винто-рулевых колонок используют два вида плавания судна на ходу: в свободной воде - носом, в ледовых условиях - кормой (2).

Наиболее близким аналогом к заявляемому мореходному ледокольно-транспортному судну является ледокольно-транспортное судно «Fesco Sakhalin» (3), корпус которого снабжен кормовой грузовой палубой и носовой заостренной оконечностью с надстройкой бака, стационарными полноповоротными движительно-рулевыми устройствами, выполненными в виде винто-рулевых колонок (ППВРК). В кормовой оконечности с ложкообразными обводами расположен стационарный киль.

Недостатком известного судна является его недостаточная ледопроходимость во льдах значительной толщины и невысокие мореходные свойства в свободной воде. Выявленные недостатки обусловлены известной конструкцией корпуса и стационарностью полноповоротных движительных устройств.

Задачей заявляемых изобретений является создание судна, эффективного для движения как во льдах, так на свободной воде.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении ледопроходимости судна во льдах значительной толщины и повышении мореходных свойств судна на свободной воде.

Указанный технический результат достигается заявляемым мореходным ледокольно-транспортным судном, имеющим корпус с килем, бак с рубкой, носовую заостренную оконечность, кормовые выпуклые ложкообразные обводы, кормовую палубу и движительно-рулевые устройства, при этом корпус дополнительно снабжен плоским бульбом, значительно выступающим за носовой перпендикуляр, носовые обводы выполнены с U-образными шпангоутами по всей высоте борта, включая надстройку бака с обтекаемой рубкой, киль в районе ахтерштевня выполнен подъемным таким образом, что в убранном состоянии за линию ахтерштевня выступает его нижняя кормовая кромка, имеющая клинообразную форму. Кормовые ложкообразные обводы образуют овальный в плане участок палубы с наклонным под углом 45° транцем, а в подводной части плавно переходят в бортовые були-споснсоны, снабженные коридорами с продольными щелями в их днищевой части для перемещения по ним движительно-рулевых устройств. Бортовые були-спонсоны с наружной стороны завершаются разваленным бортом в их кормовой части и заваленным бортом в их носовой части так, чтобы линия наибольших ширин борта в этом районе, имеющая направление вверх и в корму, пересекала ватерлинию под углом 3-6°, при этом общая ширина корпуса по булям-спонсонам в районе ватерлинии больше, чем на миделе, а днищевая часть коридора имеет в поперечных сечениях горизонтальную или слегка килеватую поверхность, идущую в корму под углом 1-3° к ватерлинии и выходящую на палубу под углом 45° по обе стороны овального ее участка в виде уступа, перпендикулярного диаметральной плоскости корпуса.

Высокие мореходные свойства достигаются за счет U-образных шпангоутов по всей высоте борта корпуса и бака с обтекаемой надстройкой, дающих минимальные реакции корпусу при килевой качке, а также за счет значительно выступающего за носовой перпендикуляр плоского носового бульба, пронизывающего встречную волну и сдерживающего, тем самым, вертикальное перемещение носа, уменьшающего общее волновое сопротивление корпуса на тихой воде и повышающего устойчивость судна на курсе, а также кормового подъемного киля, обеспечивающего минимальное сопротивление от упора винтов полноповоротных движительных устройств при поперечном перемещении корпуса во время маневрирования судна.

Высокая ледопроходимость во льдах значительной толщины достигается за счет кормовых выпуклых ложкообразных обводов с подъемным килем и бортовыми булями-спонсонами, в которых имеются коридоры для передвижных движительно-рулевых устройств, позволяющих килю убираться в корпус, а движительно-рулевым устройствам перемещаться в нос, не мешая тем самым продвижению судна кормой при наползании на ледяной покров.

Для решения поставленной задачи судно снабжено передвижными движительно-рулевыми устройствами.

Наиболее близким аналогом к заявляемому движительно-рулевому устройству являются полноповоротные винто-рулевые колонки (ППВРК) типа «Азипод» (4), представляющие из себя колонку с гондолой, в которой размещены гребные винты, вращаемые моторами с подведенными силовыми коммуникациями от энергетического модуля судна.

Недостаток известных ППВРК заключается в недостаточной надежности работы колонок, обусловленной тем, что находящиеся недалеко от ледокольного ахтерштевня ППВРК подвержены воздействию разрушаемого льда при движении кормой.

Другой недостаток заключается в том, что ремонт моторов и движителей стационарных ППВРК возможен только в результате докования судна, что сокращает время использования судна для выполнения ледокольно-транспортных работ и увеличивает время ремонта.

Указанные недостатки устраняются заявляемым движительно-рулевым устройством, содержащим две полноповоротные стойки с гондолами, размещенными в кормовой части судна, моторы в гондолах, вращающие гребные винты, силовые коммуникации, подводимые к стойкам от энергетического модуля судна, при этом стойки с гондолами размещены по обе части кормы в булях-спонсонах, а каждая стойка с гондолой содержит в верхней части обтекаемую наделку в виде шарового сегмента основанием наверх, снабженную кольцевым упорным подшипником скольжения по его периметру, соосный с сегментом вертикальный вал, вращающийся при помощи мотора в опорно-упорном подшипнике каретки, расположенной в коридоре буля-спонсона корпуса судна и способной перемещаться за счет подвижных силовых коммуникаций на четырех конических зубчатых колесах, попарно соединенных поперечными гидроцилиндрами каретки и приводимых в движение встроенными в них гидромоторами, которые входят в зацепление с наклонными зубчатыми рейками, проложенными по обе стороны от щели в днищевой части коридора, при этом ширина щели равна диаметру вертикального вала.

Заявляемое движительно-рулевое устройство обеспечивает достижение дополнительного технического результата, заключающегося в том, что при плавании судов «порожнем» появляется возможность изменять заглубление движителей без приема жидкого балласта, что повышает скорость судна в этом режиме, а при маневрировании можно обеспечить минимальное сопротивление корпуса от поперечного упора движителей ППВРК.

Возможность перемещения ППВРК и силовых коммуникаций за ней обеспечивает различные положения ППВРК в зависимости от эксплуатационной ситуации: при ходе носом в свободной воде или маневрировании - обычное кормовое, обеспечивающее максимальный пропульсивный КПД при движении с большой скоростью и лучшую поворотливость; при ходе кормой в ледовых условиях или ходе порожнем - смещенное в нос, обеспечивающее надежность работы устройства при воздействии льда на корпус и высокий пропульсивный КПД; при осмотре, ремонте или замене устройства - крайнее кормовое с выходом на палубу.

Заявляемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - заявляемое мореходное ледокольно-транспортное судно двойного действия с движительно-рулевыми устройствами типа ППВРК, оснащенными соосными противоположно вращающимися винтами, на фиг.2 - теоретический чертеж корпуса; на фиг.3 - подъемный киль; на фиг.4 - рабочие положения движительно-рулевого устройства; на фиг.5 - движительно-рулевое устройство, вид прямо; на фиг.6 - движительно-рулевое устройство, вид сбоку; на фиг.7 - движительно-рулевое устройство, вид сверху.

Корпус 1 заявляемого судна имеет заостренные носовые обводы с U-образными шпангоутами 2 по всей высоте борта, включая надстройку бака 3 с обтекаемой рубкой 4 и острыми ватерлиниями 5 при большой длине носового заострения и малой цилиндрической вставке, а также значительно выступающим за носовой перпендикуляр плоским носовым бульбом 6, выпуклые ложкообразные обводы 7 в корме, образующие овальный в плане участок палубы 8 с наклонным под углом 45° транцем 9, с ахтерштевнем 10 и подъемным килем 11. Ложкообразные обводы в районе ватерлинии 12 к бортам переходят в були-спонсоны 13, в которых находятся коридоры 14 со щелями 15 в их днищевых участках 16 для перемещения движительно-рулевых устройств 17 типа ППВРК и которые с наружной стороны завершаются разваленным бортом 18 в их кормовой части и заваленным бортом 19 в их носовой части так, чтобы линия наибольших ширин 20 борта в этом районе пересекала ватерлинию 12 под углом =3-6°, при этом общая ширина корпуса по булям-спонсонам 21 в районе ватерлинии больше, чем ширина на миделе 22. Днищевая часть 16 каждого коридора 14 имеет в поперечных сечениях горизонтальную или слегка килеватую поверхность 23, идущую в корму под углом =1-3° к ватерлинии 12 и выходящую на палубу 24 под углом 45° по обе стороны овального ее участка 8 в виде уступа 25, перпендикулярного диаметральной плоскости 26 корпуса 1.

Подъемный киль (см. фиг.3) имеет два рабочих положения: опущенное положение 27, соответствующее ходу судна носом в свободной воде, и поднятое положение 28, соответствующее маневрированию в свободной воде или ходу судна кормой во льдах, и представляет собой плоскую килевую секцию 29 в форме, близкой к прямоугольному треугольнику, соединенную посредством шарнира 30 в носовом ее углу с корпусом судна 1 и имеющую в нижней ее кормовой части, выступающей в поднятом состоянии за линию ахтерштевня 10, форму клина 31 под углом порядка 90°, а в верхнем углу съемный уступ 32.

Килевая секция 29 перемещается в корпусе судна 1 в колодце 33 шириной, большей ширины секции, на требуемую величину зазоров, имеющем сверху упорную стенку 34 и выходящем снизу на конструкции ахтерштевня 10 с опорной пяткой 35, и фиксируется в положениях 27 и 28 замком-фиксатором 36.

Подъем и опускание килевой секции 29 производятся с помощью специального привода, соответственно, до касания верхней кромкой 37 и уступом 32 килевой секции упорной стенки 34 и опорной пятки 35 колодца 33.

Заявляемое движительно-рулевое устройство на корпусе 1 судна (см. фиг.4) имеет, по крайней мере, два рабочих положения: положение 38 для хода носом в свободной воде и маневрирования, положение 39 для хода кормой во льдах и для хода порожнем, а также ремонтное положение 40. В ремонтном положении 40 ППВРК может быть демонтирована с помощью бортового или берегового грузоподъемного устройства.

Заявляемое устройство состоит из поворотной, перемещающейся и неподвижной частей.

Поворотная часть заявляемого устройства содержит гондолу 41 с моторами и гребными винтами 42, прикрепленную к стойке 43 с наделкой 44 в виде шарового сегмента большого радиуса основанием 45 наверх в ее верхней части. Наделка 44 по периметру основания 45 имеет кольцевой упорный подшипник скольжения 46 из капролона или подобного ему материала и вертикальный вал 47, соосный с наделкой 44 и имеющий в своей верхней части ведомую шестерню поворота 48, опорный диск 49 спирального участка 73 электрошины 50, барабан 51 с герметичным разъемом электрошины 50 и верхний ограничительный диск 52.

Перемещающаяся часть заявляемого устройства содержит каретку 53, имеющую четыре конических зубчатых колеса 54 с лопастными гидромоторами 55, соединенными попарно с поршнями 56 силовых гидроцилиндров 57, являющихся частью каретки, опорный 58 и опорно-упорный 59 подшипники вала 47, ведущую шестерню 60 с гидромотором 61 привода поворота колонки, рым 62 для поднятия ППВРК краном, ледовый щит 63 и консоли 64 и 65 проводки, соответственно, электрошины 50 и гидрошланга 66. При демонтаже ППВРК в положении 40 (см. фиг.4) консоли 64 и 65 расстыковываются.

Неподвижная часть заявляемого устройства представляет продольный коридор 14 (см. фиг.1 и 4) и состоит из наклонных зубчатых реек 67, проложенных по обе стороны щели 15, и каналов 68 и 69, соответственно, для укладки электрошины 50 и гидрошланга 66, проложенных вдоль коридора 14 в сторону диаметральной плоскости корпуса 1 судна и заканчивающихся тупиковыми ответвлениями 70 и 71, длина которых соответствует сложенным силовым коммуникациям (см. фиг.4). В верхней части каналов 68 и 69 имеются направляющие (проводники), по которым на петлях перемещаются вертикальной «змейкой» соответствующие силовые коммуникации.

Фиксация и пропульсивная работа устройства в рабочих положениях 38 и 39 (см. фиг.4) производятся следующим образом.

Выравнивается давление рабочей среды в лопастных гидромоторах 55 (см. фиг.5), что будет означать фиксацию конических зубчатых колес 54, и подается давление рабочей среды между поршнями 56 в силовые гидроцилиндры 57 каретки 53, соответствующее определенному давлению на кольцевой упорный подшипник 46 за счет распора через поршни 66 зубчатых колес 54 по наклонным зубчатым рейкам 67 и прижима, тем самым, сегментной наделки 44 со стойкой 43 и гондолой 41 к наружной линейной поверхности 72 корпуса 1 с щелью 15. При этом давление на кольцевой упорный подшипник 46 должно быть таким, чтобы обеспечить свободное вращение вала 47 стойки 43 с гондолой 41 с помощью гидромотора 61 с ведущей шестерней 60 посредством ведомой шестерни 48 на валу 47 и его опорного 58 и опорно-упорного 59 подшипников в корпусе каретки 53. Для дополнительной фиксации каретки 53 могут быть использованы отдельные тормоза. Гидромотор 61 рассчитан на вращение вала 47 стойки 43 с гондолой 41 до 360°, что компенсирует спираль 73 электрошины 50. Таким образом, вращением ППВРК в зафиксированных положениях 38 и 39 (см. фиг.4) достигается отклонение вектора упора гребных винтов 42 до 360°, необходимое для управления судном на ходу и без хода.

Перемещение ППВРК для принятия рабочих положений 38 и 39 (см. фиг.4) производится следующим образом.

Подается давление рабочей среды между поршнями 56 (см. фиг.5) и торцами силовых гидроцилиндров 57 до создания минимального зазора между кольцевым упорным подшипником 46 и наружной линейной поверхностью 72 корпуса 1 за счет снятия распора через поршни 56 зубчатых колес 54 по наклонным зубчатым рейкам 67 и затем создается перепад давлений рабочей среды в лопастных гидромоторах 55, соответствующий вращению зубчатых колес 54 с заданной частотой и перемещению каретки 53 с ППВРК в нос или корму судна.

Перемещение ППВРК для принятия ремонтного положения 40 (см. фиг.4) производится аналогичным образом, только при увеличенном зазоре между кольцевым упорным подшипником 46 и наружной линейной поверхностью 72 корпуса 1 для преодоления кареткой 53 кривизны коридора 14 в районе 74 (см. фиг.4). По достижении ППВРК положения 40, в котором необходимо расстыковать консоль 64 электрошины 50 (см. фиг.5), имеется возможность вращения гондолы 41 для осмотра, ремонта или замены движителей 42, а также перемещения каретки 53 дальше вверх и в корму до выхода из-за зацепления кормовой пары зубчатых колес 54 с зубчатыми рейками 67. После расстыковки консоли 65 гидрошланга 66 посредством рыма 62 каретка 53 с ППВРК поднимается либо бортовой кран-балкой, либо береговыми грузоподъемными средствами для последующего ремонта или замены.

Заявляемые изобретения осуществляют следующую работу.

При движении носом на свободной воде, когда передвижные движительно-рулевые устройства в виде ППВРК находятся в кормовом рабочем положении, подъемный киль опущен и выполняет роль кормового стабилизатора, которая особенно важна при ходе судна порожнем, когда из-за носового расположения машинного отделения (энергетического модуля) его корпус будет иметь дифферент на нос (так называемая посадка «свиньей») с оголением кормовых булей-спонсонов и части ложкообразных кормовых обводов. В любом случае, опущенный киль позволит снизить кормовое рыскание (носовое рыскание предотвращает достаточно заглубленный выступающий носовой бульб) и упростит управление судном за счет уменьшения количества перекладок ППВРК.

При маневрировании на свободной воде или движении во льдах подъемный киль поднимается, при этом за линию ахтерштевня будет выступать только его нижняя клинообразная часть. При маневрировании на свободной воде, когда ППВРК находятся в кормовом рабочем положении, ложкообразные обводы без киля будут оказывать минимальное гидродинамическое сопротивление поперечному упору ППВРК и поперечному перемещению кормовой части корпуса в целом (в частности, при вращении, относительно носа).

Наиболее сложное движение во льдах большой толщины, осуществляемое с наползанием корпуса на лед при ППРВК в носовом рабочем положении, происходит следующим образом. Выдвинутая овальная часть кормы своим ахтерштевнем при наползании на ледяной покров создает концентрацию напряжений в нем по площади вдоль ДП корпуса, при этом конусная часть подъемного киля создает дополнительную концентрацию по линии ДП. В этот момент линейные поверхности булей-спонсонов также начинают воздействовать сверху на ледяную пластину, повышая, таким образом, поперечную остойчивость судна и концентрируя напряжения своими щелями, в результате чего скол ледяной пластины должен произойти на площади, близкой к трапеции, большее основание которой будет вдоль ДП корпуса. При этом при наползании корпуса на лед (движение вверх) и сколе ледяной пластины (движение вниз) були-спонсоны своими скулами будут обламывать кромки канала ледяного поля. Обломки льда при движении корпуса судна в канале за счет ложкообразных обводов должны концентрироваться у его бортов с последующим выходом на поверхность в носовой части корпуса, где ширина по ватерлинии значительно меньше.

Использованные источники информации

1. Влияние формы носовых обводов судна на ледопроходимость. Титов И.А., Симонов Ю.А., Климашевский С.Н. // Судостроение, №11-12, 1992, с.6-8.

2. Tempera-the first double-acting tanker. Nav. Archit., 2003, Febr., 23.

3. http://www.Hansa International Maritime Journal.htm.

4. Особенности управляемости судов, оборудованных движительным комплексом «АЗИПОД». Немзер А.И., Русецкий А.А. (ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова). Мор. Вестник, 2002, №4, с.76-79.