УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСАДКИ ПЛАВУЧЕГО СРЕДСТВА НА ВОЛНЕНИИ
DEVICE FOR MEASURING SHIP DRAFT IN SEA MOTIONS

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания технических средств контроля осадки судна на волнении и на спокойной воде, как в дрейфе, так и на ходу, включая аварийные ситуации.
Известна автоматизированная система кренования судна (см. патент РФ №2522671) в состав которой входит динамический осадкомер, предназначенный для измерения мгновенных значений осадки плавсредства, принятый в качестве прототипа, содержащий два преобразователя разности давлений, расположенных на одной нормали к основной плоскости, работающих одновременно, положительные входы которых сообщены основным трубопроводом с водным забортным пространством, а их отрицательные входы сообщены другим трубопроводом с атмосферой, при этом также используется вычислитель.
Однако, указанный осадкомер, как показали натурные испытания автоматизированной системы кренования судна (на котором эта система была установлена и испытывалась), перестает нормально работать, после попадания пузырьков воздуха (засасываемых с поверхности воды под днище судна на его ходу) в приемное отверстие в днище, сообщающее через основной трубопровод и положительные входы преобразователей разности давлений осадкомера с водным забортным пространством. При этом указанные пузырьки воздуха, всплывая выдавливают воду из полностью заполненного ею водяного тракта - основного трубопровода и полостей положительных входов преобразователей разности давлений через приемное отверстие в днище в водное забортное пространство. Наличие воздуха в водяном тракте осадкомера приводит к потере точности измерения осадки.
Для восстановления нормальной работы осадкомера, скапливающийся в его водяном тракте воздух необходимо удалять, например, путем периодических прокачек водяного тракта осадкомера. Это усложняет эксплуатацию осадкомера. Также в эксплуатационных условиях имеет место сложность прочистки приемного отверстия, сообщающего осадкомер с водным забортным пространством, и прочистки основного трубопровода от их загрязнения или обрастания без демонтажа осадкомера. При этом в осадкомере отсутствует запорная арматура, позволяющая не только отделить водное забортное пространство от основного трубопровода, например, в аварийных ситуациях, но и при необходимости, в других случаях, оперативно прочистить основной трубопровод осадкомера и приемное отверстие от загрязнения в условиях эксплуатации судна. Кроме того, имеет место сложность оперативного подтверждения достоверности работы осадкомера в ходе его эксплуатации.
Предполагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении точности и достоверности работы осадкомера, упрощении и расширении возможностей при его эксплуатации на волнении и на спокойной воде, как в дрейфе, так и на ходу, включая аварийные ситуации.
Технический результат за счет того, что в устройстве для измерения осадки плавучего средства на волнении, содержащем два преобразователя разности давлений, расположенных на одной нормали к основной плоскости, работающих одновременно, положительные входы которых сообщены основным трубопроводом с водным забортным пространством, а их отрицательные входы другим трубопроводом сообщены с атмосферой, вычислитель, имеются следующие отличия: введен дополнительный прямой трубопровод, имеющий одинаковое поперечное сечение с основным трубопроводом, выполненный прямым, при этом нижняя часть дополнительного трубопровода сообщена с верхней частью основного трубопровода, а верхняя часть дополнительного трубопровода сообщена с атмосферой и находится выше максимального мгновенного значения осадки, причем основной и дополнительный трубопроводы установлены соосно, вблизи и параллельно нормали к основной плоскости, на которой расположены преобразователи разности давлений, при этом положительный вход каждого преобразователя разности давлений сообщен с основным трубопроводом, отдельным прямым патрубком, при этом продольная ось основного трубопровода и продольные оси патрубков находятся в диаметральной плоскости, в которой находится нормаль, на которой находятся преобразователи разности давлений, при этом продольные оси патрубков расположены к продольной оси основного трубопровода под углом ϕ, значение которого меньше разности между прямым углом и модулем максимального мгновенного значения угла дифферента ψ(t), причем патрубки сообщены с основным трубопроводом верхними частями, при этом нижняя часть верхнего патрубка сообщена с положительным входом верхнего преобразователя разности давлений, а нижняя часть нижнего патрубка сообщена с положительным входом нижнего преобразователя разности давлений, причем верхние части патрубков находятся ниже минимального мгновенного значения осадки, при этом проекция приемного отверстия в днище на основную плоскость и проекция основного трубопровода на эту плоскость совпадают.
Кроме того, продольная ось основного трубопровода и продольные оси патрубков, в зависимости от расположения другого оборудования на плавсредстве, находятся в одной из плоскостей параллельных диаметральной плоскости, в которой находится нормаль, на которой находятся преобразователи разности давлений - при невозможности их размещения в диаметральной плоскости.
Кроме того, устройство оснащено шаровым краном, установленным между приемным отверстием в днище плавсредства и нижним концом основного трубопровода, имеющим в открытом состоянии канал, поперечное сечение которого одинаково с поперечным сечением основного трубопровода, при этом шаровой кран выполнен, как правило, дистанционно управляемым.
Кроме того, дополнительный трубопровод выполнен из прозрачного материала и оснащен шкалой.
Введение дополнительного, как правило, прямого трубопровода, имеющего одинаковое поперечное сечение с основным трубопроводом, также выполненного, как правило, прямым, нижней частью сообщенного с верхней частью основного трубопровода, а верхней частью сообщенного с атмосферой и находящегося выше максимального мгновенного значения осадки, причем основной и дополнительный трубопроводы установлены соосно, вблизи и параллельно нормали к основной плоскости, на которой расположены преобразователи разности давлений, позволяет пузырькам воздуха, попадающим в основной трубопровод через приемное отверстие, сообщающееся с водным забортным пространством, не скапливаться в основном трубопроводе, а попадать в дополнительный трубопровод, заполняющийся водой по уровень, определяемый мгновенным значением осадки в месте установки дополнительного трубопровода, и далее через его верхнюю часть позволяет пузырькам воздуха уходить в атмосферу. Таким образом, не снижается точность работы осадкомера и при этом обеспечивается измерение мгновенных значений осадки в месте установки осадкомера на судне.
Сообщение положительного входа каждого преобразователя разности давлений с основным трубопроводом, отдельным прямым патрубком, и когда продольная ось основного трубопровода и продольные оси патрубков находятся в диаметральной плоскости или в одной из параллельных ей плоскостей, в которой находится нормаль, на которой находятся преобразователи разности давлений, а продольные оси патрубков расположены к продольной оси основного трубопровода под углом, значение которого меньше разности между прямым углом и модулем максимального мгновенного значения угла дифферента, причем патрубки сообщены с основным трубопроводом верхними частями, при этом нижняя часть верхнего патрубка сообщена с положительным входом верхнего преобразователя разности давлений, а нижняя часть нижнего патрубка сообщена с положительным входом нижнего преобразователя разности давлений, причем верхние части патрубков находятся ниже минимального мгновенного значения осадки исключает попадание указанных выше пузырьков воздуха в полости положительных входов преобразователей разности давлений, чем также обеспечивает точность измерения мгновенных значений осадки, в том числе, при наличии бортовой качки, которая, как правило, больше в дрейфе, чем килевая качка в этих условиях. Такое расположение патрубков исключает выход из строя осадкомера даже в случае оголения приемного отверстия осадкомера, так как вода в патрубках и в полостях положительных входов преобразователей разности давлений даже в такой ситуации останется в них и при этом после заполнения водой самотеком основного и дополнительного трубопроводов не потребуется прокачка водяного тракта осадкомера, а последний продолжит нормальную работу.
Совпадение проекции приемного отверстия в днище на основную плоскость с проекциями основного и дополнительного трубопроводов на эту плоскость обеспечивает минимальное гидродинамическое сопротивление канала осадкомера, образованного приемным отверстием и указанными трубопроводами, в котором перемещается забортная вода, и ее уровень при этом отслеживает с минимальным отставанием колебания осадки (соответственно с минимальной ошибкой).
Оснащение осадкомера шаровым краном, имеющим минимальное гидродинамическое сопротивление, установленным между приемным отверстием в днище плавсредства и нижним концом основного трубопровода, имеющим в открытом состоянии канал, поперечное сечение которого одинаково с поперечным сечением основного трубопровода, выполненым, как правило, дистанционно управляемым, позволяет в эксплуатационных условиях не только измерять мгновенные значения осадки с минимальной погрешностью, но и оперативно, прочищать через верх дополнительного трубопровода, например, соответствующим механическим шомполом (прочистка водой под давлением может вывести чувствительные элементы преобразователей давления из строя) приемное отверстие, основной и дополнительный трубопроводы (с учетом их исполнения) от загрязнения или обрастания без демонтажа осадкомера в условиях эксплуатации судна. Частичное закрытие шарового крана при необходимости позволяет сгладить колебания уровня в прозрачном дополнительном трубопроводе, обусловленные колебанием осадки при качке судна на волнении и оценить по шкале, установленной рядом с дополнительным трубопроводам достоверность измерения осадкомера не только на спокойной воде, но и в условиях качки на волнении.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства для измерения осадки плавучего средства на волнении, на фиг. 2 показана укрупненная схема основной части этого устройства, а на фиг. 3 - блок-схема устройства.
Предлагаемое устройство для измерения осадки плавучего средства на волнении (фиг. 1) состоит из двух преобразователей разности давлений 1 и 2, расположенных на одной нормали к основной плоскости, работающих одновременно, положительные входы которых сообщены основным трубопроводом 3 с водным забортным пространством, а их отрицательные входы другим трубопроводом 4 сообщены с атмосферой, а также из вычислителя 5.
При этом в устройство введен дополнительный прямой трубопровод 6, имеющий одинаковое поперечное сечение с основным трубопроводом 3, также выполненным, как правило, прямым, при этом нижняя часть дополнительного трубопровода 6 сообщена с верхней частью основного трубопровода 3, а верхняя часть дополнительного трубопровода 6 сообщена с атмосферой и находится выше максимального мгновенного значения осадки, причем основной и дополнительный трубопроводы 3 и 6 установлены соосно, вблизи и параллельно нормали к основной плоскости, на которой расположены преобразователи разности давлений 1 и 2, при этом положительный вход каждого преобразователя разности давлений 1 и 2 сообщен с основным трубопроводом 3, отдельным прямым патрубком 7 и 8 соответственно, при этом продольная ось основного трубопровода 3 и продольные оси патрубков 7 и 8 находятся в диаметральной плоскости или в одной из параллельных ей плоскостей, в которой находится нормаль, на которой находятся преобразователи разности давлений 1 и 2, при этом продольные оси патрубков 7 и 8 расположены к продольной оси основного трубопровода 3 под углом ϕ, значение которого меньше разности между прямым углом и модулем максимального мгновенного значения угла дифферента ψ(t), причем патрубки 7 и 8 сообщены с основным трубопроводом 3 верхними частями, при этом нижняя часть верхнего патрубка 8 сообщена с положительным входом верхнего преобразователя разности давлений 2, а нижняя часть нижнего патрубка 7 сообщена с положительным входом нижнего преобразователя разности давлений 1, причем верхние части патрубков 7 и 8 находятся ниже минимального мгновенного значения осадки, при этом проекция приемного отверстия 9 в днище на основную плоскость и проекция основного трубопровода 3 на эту плоскость совпадают.
Кроме того, устройство дополнительно оснащено шаровым краном 10, установленным между приемным отверстием 9 в днище плавсредства и нижним концом основного трубопровода 3, имеющим в открытом состоянии канал, поперечное сечение которого одинаково с поперечным сечением основного трубопровода 3, при этом шаровой кран 10 выполнен, как правило, дистанционно управляемым.
Наряду с этим дополнительный трубопровод 6 выполнен из прозрачного материала и оснащен шкалой 11.
Устройство работает следующим образом:
1
2
Положительные входы преобразователей разности давления 1 и 2 сообщаются через патрубки 7 и 8, трубопроводу 3, приемному отверстию 9 с забортной водой и при этом измеряются мгновенные значения давления водяных столбов Р1 и Р2, обусловленных уровнем воды над этими преобразователями в трубопроводах 6 и 3, при этом уровень воды в трубопроводе 6 совпадает с уровнем плоскости ватерлинии, определяющей посадку плавсредства в целом и осадку в частности. Поданное по трубопроводу 4 атмосферное давление на отрицательные входы преобразователей разности давления 1 и 2, исключает влияние изменения атмосферного давления на точность измерения давления водяных столбов Р и Р в трубопроводах 3 и 6.
Для определения мгновенного значения осадки плавсредства используется формула
1
2
где: P(t) и P(t) - мгновенные значения давлений, измеряемых преобразователями разности давления 1 и 2.
1
2
Z и Z - аппликаты точек расположения чувствительных элементов преобразователей разности давления, соответственно.
При необходимости определения среднего по времени значения осадки реализуется зависимость
1
2
где: t-t - временной интервал, за который осредняется текущее значение осадки плавсредства.
Для определения мгновенного и среднего значения осадки с использованием формул (1) и (2) используется вычислитель 5.
Для дополнительного сглаживания колебаний уровня в трубопроводе 6 при измерении средних по времени значений осадки на волнении шаровой кран 10 частично перекрывается на фиксированную величину, выполняя при этом функцию дросселя, что также дает возможность более точно осуществлять отсчет осадки в трубопроводе 6, выполненном из прозрачного материала, по шкале 11, в первую очередь, при малых углах дифферента. Сравнение отсчета осадки по шкале 11 с результатами ее определения вычислителем 5 позволяет убеждаться в достоверности результатов определения осадки, полученных с вычислителя 5.
Точность, достоверность и надежность работы данного устройства подтверждены при его стендовых и натурных испытаниях (на натурном судне в морских условиях).