ОБЪЕКТ С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ НА ВОДЕ
OBJECT WITH INCREASED STABILITY ON WATER

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в случае критического крена судна для стабилизации его положения. Оно может быть использовано на других плавучих средствах в условиях возникновений критических ситуаций.
Известен объект с повышенной устойчивостью на воде, включающий корпус с, по меньшей мере, одним стабилизатором, содержащим стабилизирующий элемент и закрепленным на корпусе [1].
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Основной недостаток описанного решения заключается в том, что в нем не предусмотрено резкой стабилизации положения судна в случае возникновения критического крена.
Технический результат изобретения заключается в повышении возможности стабилизации судна и других плавучих средств в условиях критического крена.
Указанный технический результат достигается тем, что в объект с повышенной устойчивостью на воде, включающий корпус, по меньшей мере, с одним стабилизатором, содержащим стабилизирующий элемент и закрепленным на корпусе, введен датчик крена, сопряженный со стабилизирующим элементом, выполненным с возможностью подвижки, при этом стабилизатор выполнен в виде активного стабилизатора.
Существует вариант, в котором стабилизирующий элемент выполнен в виде первой гильзы с основанием, размещенной во второй гильзе и сопряженной с ней пружиной сжатия, при этом вторая гильза содержит, по меньшей мере, один стопорный элемент, расположенный с возможностью взаимодействия со стабилизирующим элементом.
Существует также вариант, в котором сечения первой и второй гильз, а также основания первой гильзы имеют продолговатые формуы.
Существует также вариант, в котором стабилизирующий элемент выполнен в виде, рычага с массивной часть, закрепленной на одном его конце, при этом второй его конец закреплен на корпусе с возможностью вращения.
Существуют также варианты, в которых, по меньшей мере, один активный стабилизатор закреплен на нижней части корпуса, или внутри нижней части корпуса, или одна пара активных стабилизаторов закреплена по краям корпуса.
На фиг.1 изображен объект с повышенной устойчивостью на воде в общем виде.
На фиг.2 изображен активный стабилизатор с упругим элементом.
На фиг.3 изображен активный стабилизатор с пневматическим приводом.
На фиг.4, фиг.5 изображены варианты сечения активного стабилизатора.
На фиг.6 изображен активный стабилизатор в виде рычага.
На фиг.7, фиг.8, фиг.9 изображены варианты расположения активных стабилизаторов на объекте.
Объект с повышенной устойчивостью на воде, включает корпус 1 (фиг.1) с активным стабилизатором 2, содержащим стабилизирующий элемент 3 и закрепленным на корпусе 1. При этом стабилизирующий элемент 3 выполнен подвижным относительно корпуса 1.
В первом варианте стабилизирующий элемент 3 (фиг.2) выполнен в виде первой гильзы 4 с массивным основанием 5, размещенной во второй гильзе 6 с дном 7 и сопряженной с ней упругим элементом 8 (например, пружиной сжатия), при этом вторая гильза 6 содержит, по меньшей мере, один первый стопорный элемент 9, расположенный с возможностью взаимодействия с элементом 3. Подвижка стопорного элемента 9 может быть обеспечена электромагнитом 10 (показан условно), сердечником в котором является стопорный элемент 9. Электромагнит 10 соединен с первым блоком управления 11, который соединяют с датчиком крена 12. В качестве датчика крена могут быть описаны устройства, описанные в [2, 3]. Стопорный элемент 9 может входить в выборку 13 или упираться (не показано) непосредственно в массивное основание 5. Стабилизирующий элемент 3 может быть посредством штока 14, закрепленным в нем, сопряжен с приводом 15, соединенным со вторым блоком управления 16. При этом пружина 8 может находиться в сжатом состоянии. Привод 15 может иметь различные варианты выполнения. Он может быть механическим, гидравлическим или пневматическим. Наиболее простой вариант выполнения привода 15 в виде двухкамерного пневматического модуля, в котором расположен поршень 17, закрепленный на штоке 14 и разделяющий модуль на первую камеру 18 и вторую камеру 19. Камеры 18 и 19 могут быть соединены с насосами, для откачки из них воздуха и с компрессорами (см., например, [4, 5]), и снабжены электромагнитными клапанами (не показано). При этом насосы, компрессоры и клапана будут подсоединены к блоку правления 16. Условно можно также считать, что насосы, компрессоры и клапана входят во второй блок управления 16. Второй блок управления 16 может также быть соединен с датчиком крена 12.
Во втором варианте роль пружины 8 может выполнять сжатый воздух, подаваемый в полость 20 (фиг.3) через отверстие 21 по воздуховоду 22, сопряженному с насосом 23, соединенным с третьим блоком управления 24 который может, как нагнетать в нее воздух, так и откачивать (см., например, [6]). В этом случае пневмопривод реализуется непосредственно в гильзе 6. Второй стопорный элемент 25 может содержать обойму 26, в котором по скользящей посадке с возможностью вращения установлен диск 27 с лысками 28 и 29. Диск 27 своей наружной цилиндрической поверхностью сопряжен с фрикционным вкладышем 30, закрепленным в стабилизирующем элементе 3. В диске 27 и корпусе 25 могут быть установлены изолированные от него первый 31, второй 32 и третий 33 контакты, фиксирующие крен стабилизатора 2. Это возможно благодаря размещению массивного вкладыша 34 в легком диске 27 со сдвигом относительно его центра тяжести. Диск 27 может быть изготовлен из дюрали Д16Т, а массивный вкладыш 34 и контактные площадки 31, 32, и 33 из меди. При этом недостающая дюраль лысок 28 и 29 и масса контакта 31 могут уравновешивать друг друга таким образом, что ось О1-О2 будет вертикальна. В этом случае стопор 25 одновременно становится датчиком крена и его соединяют с блоком управления 24. Этот датчик крена показан условно
В третьем варианте отверстие 21, может быть соединено с атмосферой посредством клапана (не показано), а подвижность массивного элемента 3 вниз будет обеспечиваться силой его тяжести. Подъем его вверх будет происходить при закрытом клапане и работе насоса 23 на откачку полости 20.
В четвертом варианте сечение 40 (фиг.4) первой гильзы 4, сечение 41 второй гильзы 6, а также сечение 42 (фиг.5) массивного основания 5 имеют продолговатые формы. Во всех описанных вариантах основание 5 может быть изготовлено из более массивного металла, чем гильза 4, например, гильза 4 - из дюрали, а основание 5 - из стали. Все трущиеся поверхности описанных деталей могут быть покрыты антифрикционным покрытием, например, модифицированы фторопластом.
В пятом варианте стабилизирующий элемент 3 выполнен в виде, рычага 45 (фиг.6) с массивной частью 46, закрепленной на одном его конце, при этом другой его конец установлен на корпусе 1 с возможностью вращения, например, посредством шарнира 49. Шарнир 49 может быть соединен с приводом 50, сопряженным с датчиком крена 12 и, например, магнитным фиксатором 52 (например, электромагнитом), расположенным с возможностью взаимодействия с массивной частью 46, выполненной из магнитного материала. В простейшем случае шарнир 49 может быть расположен на валу привода вращения. Рычаг 45 и массивная часть 46 могут быть расположены в выборке 53 корпуса 1.
В основном варианте размещения стабилизатора, по меньшей мере, один активный стабилизатор 2 закреплен на нижней части корпуса 1 (фиг.1).
Во втором варианте размещения, по меньшей мере, один активный стабилизатор 2 закреплен внутри нижней части 60 (фиг.7) корпуса 1 в полости 61.
В третьем варианте, по меньшей мере, одна пара активных стабилизаторов 2 (фиг.8) со стабилизирующими элементами 3 закреплена по краям (бортам) 65 и 66 корпуса 1. При этом оси перемещений 67 элементов 3 параллельны вертикальной плоскости симметрии 68 объекта 1. Существует также вариант, в котором оси перемещений 69 (фиг.9) элементов 3 перпендикулярны вертикальной плоскости симметрии 68 объекта 1.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении критического крена у объекта датчик крена 12 (фиг.2) посредством блока 11 выдает сигнал на включение электромагнита 10, который втягивает стопорный элемент 9, одновременно сигнал с датчика крена 12 поступает в блок 16 и на привод 15, который обеспечивает резкое выбрасывание стабилизирующего элемента 3 в нижнее положение, которое может определяться упором поршня 18 в дно 7. После ликвидации условий возникновения критического крена стабилизирующий элемент может быть втянут. При соединении камер 18 и 19 с компрессорами в случае возникновения критического крена в камеру 18 создается избыточное давление, и оно вместе с пружиной 8 выбрасывают элемент 3 вниз. В камере 19 при этом стравливают воздух. При подъеме элемента 3 вверх в камере 19 создается избыточное давление, а из камеры 18 сбрасывается воздух. Пружина 8 может дублировать создание избыточного давления в камере 18, если компрессор выйдет из строя. При использовании насосов для откачки камер 18 и 19 для движения элемента 3 вниз из камеры 19 откачивают воздух. Возможно также одновременное создание избыточного давления в камере 18 и откачка камеры 19, или обратный вариант с условием подключения к ним соответствующих насосов. Блоки управления 11 и 16 могут выдавать сигналы также в ручном режиме при угрозе возникновения критического крена, а также при их ликвидации.
В одном из вариантов стопорный элемент 25 (фиг.3) может срабатывать автоматически при достижении критического крена. При повороте активного стабилизатора 2 вместе с корпусом 1, например, по направлению D на критический угол массивный вкладыш 34 поворачивает диск 27 относительно обоймы 26 таким образом, что лыска 28 оказывается напротив вкладыша 30 и освобождает стабилизирующий элемент 3 для его возможного перемещения вниз. Одновременно замыкаются контакты 31 и 33, в результате чего может сформироваться сигнал на блок управления 24, который включает насос 23 на нагнетание воздуха в полость 20. В результате этого элемент 3 выбрасывается вниз до фиксации упором 36 штока 35. Подъем элемента 3 может осуществляться при откачке насосом 23 полости 20. В простейшем варианте элемент 3 может опускаться в нижнее положение под действием собственного веса, когда отверстие 21, например, соединено с атмосферой (не показано). Подъем элемента 3 может осуществляться, например, вручную, используя шток 35. Варианты продолговатого активного стабилизатора (фиг.4, фиг.5) могут выполнять одновременно функцию килей. При использовании активного стабилизатора 2 в виде рычага 45 по сигналу от датчика крена 12 магнит 52 отпускает магнитную часть 46, привод 50 поворачивает рычаг 45 на шарнире 49 против часовой стрелки. При необходимости привод 50 возвращает рычаг 45 в исходное положение. В простейшем случае рычаг 45 может поворачиваться в положение стабилизации под действием собственного веса, а возврат может осуществляться вручную. Активный стабилизатор 2, полностью утопленный в корпусе 1 и изображенный на фиг.7 может иметь цилиндрическое сечение, т.к. при обычном движении судна он не будет оказывать сопротивления. Вариант, изображенный на фиг.8 может иметь место, когда судно необходимо оперативно снарядить активным стабилизатором. При закреплении двух пар активных стабилизаторов 2 по бортам 65 и 66 судно можно приподнимать из воды, например, для оперативного ремонта. Вариант по фиг.9 может использоваться у самоходных нефтедобывающих платформ в критических ситуациях, а также при швартовке и отчаливании.
Выполнение стабилизирующего элемента подвижным повышает устойчивость объекта.
Выполнение стабилизирующего элемента в виде первой гильзы с основанием, размещенной во второй гильзе и сопряженной с ней пружиной сжатия повышает скорость начала использования стабилизирующего элемента.
То, что сечения первой и второй гильз, а также основания имеют продолговатые формы, повышает устойчивость объекта за счет эффективного взаимодействия с массами воды при качке.
Выполнение стабилизирующего элемента в виде рычага с массивной часть, закрепленной на одном его конце помимо эффективной стабилизации обладает простотой эксплуатации.
Закрепление активного стабилизатора на нижней части корпуса или пары стабилизаторов по краям корпуса помимо эффективной стабилизации расширяет функциональные возможности.
Литература
1. Патент RU 2384457. 20.03.2010.
2. Датчик крена МКРН. 402113.001. www.oaoskbpa.ru
3. Датчик крена ДК1. www.mclab.ru
4. www.hitachi.ru/
5. www.busch.ru