СУДОВОЕ БАЛЛАСТНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, предназначенным для регулирования осадки, крена и дифферента судов путем управления водяным балластом. Устройство служит для приема забортной воды (водяного балласта), перекачки по судну и удаления ее за борт и может быть использовано на грузовых судах, испытывающих во время переходов отклонения по крену и дифференту (контейнеровозах, паромах, балкерах и т.п.), а также на морских объектах, требующих динамического ориентирования в условиях волнения (морских платформах, трубоукладчиках и т.п.).
Известны судовые балластные устройства, регулирующие остойчивость объекта посредством управляемого распределения отработанных вод по его балластным цистернам (см. например, пат. US 2005/0155539 A1, опубл. 2005, МПК B63B 43/06). Особенность работы приведенной системы заключается в том, что метацентрическая высота объекта или его положение вдоль оси, перпендикулярной плоскости горизонта, регулируется за счет распределения большого количества отработанных вод в специальным образом сконфигурированных полостях вдоль бортов объекта. Эти обстоятельства исключают возможность использования устройства на судах с небольшим количеством отработанных вод и произвольной конфигурацией балластных цистерн, а также возможность корректировки ориентации объекта в поперечной и продольной плоскостях. К существенным недостаткам указанного аналога можно отнести и то, что корректировка плавучести объекта (метацентрическая высота) возможна только во время стоянки в порту и не возможна во время переходов в случае непредвиденных перемещений груза.
Из пат. US 4276849 A, опубл. 1981, МПК B63B 13/00 известно устройство, осуществляющее распределение балласта по условию компенсации крена. Для функционирования устройства требуется, чтобы на судне был установлен реверсивный насос и сложная пневматическая система для набора и сброса балластных вод.
Известно судовое балластное устройство (см. кн. авт. Большакова Ю.И. «Элементарная теория подводной лодки», М., Воениздат, 1977, с. 12; пат. RU 2399544, опубл. 2010, МПК B63B 13/00), содержащее балластные креновые и дифферентные цистерны, сообщенные гидравлически с забортной водой и между собой через балластно-осушительный, креновый и дифферентный насосы.
Недостатком устройства является повышенная габаритность и энергоемкость.
Из известных решений наиболее близким аналогом по технической сущности и назначению предлагаемого устройства (прототипом) является судовое балластное устройство по пат. RU 2399544, опубл. 2010, МПК B63B 13/00. Устройство содержит балластные креновые и дифферентные цистерны, сообщающиеся с забортной водой и между собой. С забортной водой цистерны сообщаются через двусторонний гидрозамок на всасывающем и напорном каналах реверсивного балластно-осушительного насоса, а между собой - через двусторонние гидрозамки на всасывающих и напорных каналах реверсивных креновых и дифферентных насосов.
Указанное устройство работает следующим образом. Для уменьшения плавучести цистерны заполняют насосами забортной водой на 0,8-0,9 их объема, чем сжимают находящийся в них воздух. Для устранения крена и (или) дифферента балластную воду перекачивают между креновыми цистернами или между дифферентными цистернами соответствующими насосами. Для увеличения плавучести цистерны частично или полностью осушают балластно-осушительными насосами в реверсном режиме и энергией сжатого воздуха.
Недостатком прототипа является достаточно высокое энергопотребление, сложность автоматики, управляющей насосами, и большие габариты. Кроме того, устройство недостаточно оперативно из-за необходимости изменения режима работы каждого из трех насосов при смене выполняемых операций с балластом на реверсивный и обратно.
Технический результат от использования заявляемой полезной модели заключается в снижении габаритов и энергопотребления судового балластного устройства, при одновременном повышении надежности и оперативности устройства при смене режимов.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в судовом балластном устройстве, содержащем, так же как и прототип, балластные креновые и дифферентные цистерны с датчиками нижнего и верхнего уровней, соединенными с входами блока автоматического управления, креновый и дифферентный насосы, трубопроводы для приема и сброса заборной воды с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы заборной воды) и трубопроводы, соединяющие между собой балластные цистерны, с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы балластных цистерн), в отличие от прототипа, насосы выполнены нереверсивными, при этом устройство дополнительно снабжено электрическими гидроклапанами, установленными на всасывающих и напорных каналах трубопроводов заборной воды и на всасывающих и напорных каналах трубопроводов балластных цистерн, причем к напорным каналам трубопроводов заборной воды и напорным каналам трубопроводов балластных цистерн подсоединены выходы нереверсивных насосов, а к всасывающим каналам указанных трубопроводов - входы нереверсивных насосов, в свою очередь управляющие входы электрических гидроклапанов соединены с блоком автоматического управления.
Указанная совокупность обеспечивает достижение заявленного технического результата - снижение габаритов и энергопотребление и повышение надежности и оперативности устройства балластировки, так как последнее не нуждается в громоздких и сложных пневматических устройствах и реверсивных насосах, при этом количество необходимых насосов сокращается вдвое и примерно во столько же уменьшается потребление энергии.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность полезной модели состоит в следующем. В предложенной системе за счет конструктивного выполнения и возможности поочередного подключения к трубопроводам забортной воды или к трубопроводам балластных цистерн, креновый и дифферентный нереверсивные насосы выполняют также функцию балластно-осушительных устройств. Благодаря этому поршневые компрессоры заменены насосами с электрическими гидроклапанами, что позволяет снизить габариты, энергоемкость балластного устройства, и повысить его надежность и быстродействие. В свою очередь устройство обеспечивает возможность управления креном, дифферентом и метацентрической высотой плавучего объекта без захода его в порт.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 дано схематическое изображение части устройства, выполняющей кренование и балластировку креновыми цистернами.
Устройство содержит левую балластную цистерну регулировки крена (далее цистерна) 1, правую балластную цистерну регулировки крена (далее цистерна) 2, креновый нереверсивный насос (далее насос) 3, электрические гидроклапаны 4, установленные на всасывающих каналах (далее всасывающий клапан) трубопроводов балластных цистерн 5 и трубопровода забортной воды 6, блок автоматического управления 7. датчик верхнего уровня 8. датчик нижнего уровня 9, электрические гидроклапаны 10, установленные на напорных каналах (далее напорный клапан) трубопроводов 5 и 6, питание насоса 11, выходы датчиков уровня 12, управление клапанов 13.
Судовое балластное устройство работает следующим образом. Для уменьшения плавучести цистерны 1, 2 насосом 3, (в качестве которого может быть использован центробежный насос типа К160М1-2, выпускаемый фирмой Valiadis Hellenic Motors S.A.,) заполняют до необходимого уровня забортной водой, чем сжимают находящийся в них воздух и замещают функцию поршневого компрессора. Для устранения крена балластную воду перекачивают между цистернами 1 и 2 этим же насосом 3. Для увеличения плавучести цистерны 1, 2 частично или полностью осушают насосом 3 через всасывающие клапаны, (в качестве которых может быть использован электромагнитный клапан 136М-2, выпускаемый швейцарской фирмой Cla-Val) при частичной помощи сжатого воздуха. Таким образом, для перекачки жидкости из цистерны 1 в цистерну 2 соответствующими сигналами, подаваемыми по линиям 13 от блока 7, открываются всасывающий клапан 4 при цистерне 1 и напорный клапан 10 при цистерне 2. Для реверса, то есть перекачки жидкости из 2 в 1 открытыми становятся всасывающий клапан 4 при цистерне 2 и напорный клапан 10 при цистерне 1. При этом нет необходимости применять реверсивный насос и дополнительные системы управления для смены режимов его работы. В устройстве используется нереверсивный насос 3 с направлением потока, указанным на схеме стрелкой. Это повышает надежность как механической части устройства, так как нереверсивный насос проще и надежнее по сравнению с реверсивным, так и электрической части, так как нет необходимости менять режим работы насоса 3 и для управления насосом используется только соответствующий сигнал (11) при выполнении операций перекачки жидкости. Кроме того, значительно сокращается время, требуемое для смены режимов работы системы, например, реверса потока. При необходимости добора балластных вод в цистерну 1 или (и) 2, открытыми остаются всасывающий клапан 4 на всасывающем канале трубопровода забортной воды 6 и напорный клапан 10 при цистерне 1 или (и) клапан 10 при цистерне 2. Как видно из рисунка (фиг. 1), при этом балластные воды перекачиваются через тот же креновый насос 3. Сброс излишних балластных вод из цистерны 1 или (и) 2 происходит через открытый всасывающий клапаны 4 при цистерне 1 или (и) клапан 4 при 2, запитанный креновый насос 3 и напорный клапан 10 на напорном канале трубопровода забортной воды 6. Блок 7 имеет обратную связь 13 от цистерн 1 и 2 в виде сигналов, поступающих от датчиков верхнего и нижнего уровня 8, 9.
Предлагаемая полезная модель была создана специалистами кафедры «Комплексного обеспечения информационной безопасности» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» при проведении научно-исследовательской работы «Средства повышения безопасности плавания объектов водного транспорта». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования предлагаемой системы на морском транспорте.
В 2015 г. система была апробирована на пароме «Керченский-2», курсирующем по маршруту порт «Крым» - порт «Кавказ» в Керченском проливе. Проводимые испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства при управлении остойчивостью, креном и дифферентом объектов морского транспорта, в том числе и при необходимости оперативного предупреждения катастроф в случае непредвиденного смещения грузов на борту объекта в аварийных ситуациях.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».