Плавучее волностойкое крановое судно универсального типа
FLOATING WAVE-PROOF CRANE VESSEL OF UNIVERSAL TYPE

Изобретение относится к самоходным или буксируемым крановым судам, способным выполнять перегрузочные операции в заякоренном положении на мелких глубинах и на больших в открытом море. Такие крановые суда имеют водоизмещающий корпус в виде прямоугольных понтонов либо платформы, поднятой над водой двумя катамаранами.
3
В сборнике «Специальные грузоподъемные машины» авторов Д.Е. Бортяков, А.Н. Орлов издания Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета 2009 г. описана серия плавучих кранов: «Богатырь» стр. 127 рис 2.3 грузоподъемностью 300 тонн, плавучий кран «Витязь» грузоподъемностью 1600 тонн фиг. 2,4, стр. 129 и еще 7 подобных плавучих кранов. Известен проект кранового судна ПК 400.380070.00180. Севастопольского судостроительного завода имени Серго Орджоникидзе. Его главные размерения: длина 64 м, ширина 25 м, высота борта 8,4 м, осадка на переходе 2,08 м, водоизмещение 3780 м.
Общее для всех представленных образцов-аналогов большая ширина и малая осадка. Объясняется это тем, что чем больший груз нужно поднимать крану, тем большую остойчивость он должен иметь. А для этого нужно увеличивать отношение ширины к осадке и водоизмещение. Другого пути нет - это общее свойство всех крановых судов и плавучих кранов. Проведенные авторами в 2005 годах лабораторные исследования качки модели в море судна-перегрузчика с большим отношением ширины к осадке В/Т подтвердило, что при значительной метацентрической высоте модель испытывает резкую качку уже на волнении 3 балла. И это общее свойство всех крановых судов.
Цель заявки - найти способ существенного уменьшения качки плавучих кранов и крановых судов применительно к архитектурной форме их плоских понтонов с большим отношение ширины к осадке В/Т. Патентный поиск выявляет более 20 устройств и способов уменьшения вертикальной, бортовой и килевой качки судов и кораблей. Но для плавучих кранов и крановых судов, которые должны поднимать и перегружать грузы в море без хода из этого поиска должны исключаться все устройства, основанные на понижении остойчивости, а также бортовые и носовые управляемые рули (без хода они не работают). Кроме того, нужно учесть, что бортовые кили на корпусе кранового судна в средней части его корпуса устанавливать тоже нельзя, т.к. есть опасность, что при качке кранового судна эти кили повредят принимающее груз судно. Поэтому выбор невелик.
Известны устройства уменьшения бортовой и вертикальной качки судов:
1. Устройство умерения бортовой качки морских судов с большой поперечной остойчивостью. Авторы: Ейбоженко А.В., Морозов А.И., Пыльнев Ю.В., Разумеенко Ю.В., Родионов А.В. Патент №2374124.2008 г. Предложенное техническое решение представляет собой сдвоенные днищевые наружные кили-нейтрализаторы волновых нагрузок (НВН). Они не мешают швартовке к судну других судов и проведению работ, и в том их главное достоинство. Это устройство относится к пассивным способам борьбы с кренящим моментом от волны, действующего на надводную часть корпуса судна, противофазным действием на него момента инерционных сил на подводную часть судна и вертикальные пластины, прочно закрепленные под днищем фиг. 1 (См. приложение рисунки к заявке «Плавучее волностойкое крановое судно универсального типа»).
При разработке этого патента авторами был проведен модельный эксперимент, который показал, что днищевые НВН снижают бортовую качку в 2-3 раза.
2. Устройство уменьшения бортовой качки и повышения мореходности быстроходных катеров, легких кораблей и судов с остроскулыми обводами по патенту №2448863 от 2010 г. Авторы: Разумеенко Ю.В., Арсеньев Ю.В., Оглоблин В.Ф., Родионов А.В., Юссеф М.Ю. Отличие этого устройства уменьшения качки от патента №2374124 в том, что здесь вместо вертикальных пластин с кницами, применяются волногасящие комплексы. Они состоят из двух прочных пластин, между которыми приваривают двояко-выгнутые крылья или пластины (см. фиг. 2 приложения). На фиг. 3а показан горизонтальный разрез НВН с крыльевыми двояко-выгнутыми профилями, повернутыми под углом 15-20° относительно продольного разреза понтона, смещенных друг относительно друга на 0,15-0,20 своей длины, а на фиг. 3б - простой и более дешевый вариант из пластин под углом 15-20°, также смещенных на 0,15-0,20 длины НВН. Крыльевые комплексы типа За целесообразно ставить в кормовом подзоре. Они будут засасывать пограничный слой жидкости при движении плавучего крана, и направлять его под днище и на гребные винты. Это будет частично компенсировать увеличение сопротивления кранового судна от НВН на ходу. В носовой части корпуса рекомендуется ставить более простой и дешевый вариант НВН типа фиг. 3б.
Экспериментальная проверка эффективности этих НВН показала, что применение вертикальных НВН в рабочих диапазонах частот волн они снижают бортовую качку в 2-3 раза. Недостаток указанных выше устройств в том, что они уменьшают только бортовую качку и не уменьшают вертикальную и килевую. Но конструкция этих НВН позволяет использовать их для борьбы и с этими видами качки.
3. Известны способы уменьшения вертикальных волновых возмущающих сил, действующих на буи, суда и платформы, которые уменьшают их вертикальную и килевую качку. Простой и эффективный способ существенного такого уменьшения качки - установка горизонтальных пластин в носу и корме на бортах на удалении от ватерлинии 0,5-0,7 осадки. От их установки качка уменьшается в 2,5-3 раза. см. патенты РФ №2123958, 1994 г. Авторы: Разумеенко Ю.В., Пыльнев Ю.В., Шубин П.М. «Судоподъемный понтон». На фиг. 4а и 4б показаны эти пластинчатые НВН, по-разному прикрепленные кницами к борту.
Модельный эксперимент показал, что установленные на корпусе судна пластинчатые нейтрализаторы существенно уменьшают бортовую и вертикальную качку и отрывные усилия поднимаемого груза при волнении, но вертикальную и бортовую качку может существенно уменьшать и волногасящий комплекс фиг. 2, если его прикрепить горизонтально к борту плавучего крана, как показано на фиг. 4в (см. рисунки к заявке фиг. 4в в приложении).
Проведенные исследования по патентам №2374124 и №2123958 показали, чем ближе НВН находятся к поверхности, тем выше эффективность уменьшения ими качки. Поэтому подкильные НВН не самые эффективные нейтрализаторы волновых возмущающих сил. Но для крановых судов они предпочтительны, т.к. не выступают за горизонтальные габариты корпуса, не мешают швартовке и передаче грузов в базе и в открытом море.
Указанные выше известные устройства борьбы с различными видами качки приняты за прототипы. Они представлены в рисунках к заявке.
Цель изобретения - на основе использования описанных выше устройств борьбы с качкой существенно расширить возможности применения плавучих кранов на волнении моря и предложить несколько вариантов решения поставленной задачи при разной волностойкости. Ниже представлены 3 корпуса плавучего крана с разными типами НВН.
Вариант №1 - фиг. 6 Плавучее волностойкое крановое судно универсального типа, способное выполнять перегрузочные операции в заякоренном положении на малых глубинах и в открытом море на волнении, отличющееся тем, что поставленные цели достигаются установкой в средней части корпуса в интервале +/- (0,25-0,35) его длины L от мидель-шпангоута для уменьшения бортовой качки устанавливают вертикальные подкильные нейтрализаторы качки 1 (см. перечень рисунков), и с целью уменьшения бортовой и вертикальной качки и повышения мореходности плавучего крана в носовой и кормовой частях его корпуса устанавливаются горизонтальные пластины 4а или 46, подкрепленные кницами, а для стабилизации своего положения в море при наличии ветра и течения он снабжен 2-мя якорями и азиподами в носу и корме (см. фиг. 5).
Это самый дешевый вариант повышения волностойкости плавучего крана.
Вариант №2 - фиг. 7 Плавучее волностойкое крановое судно универсального типа по п. 1, отличающиеся тем, что с целью повышения его волностойкости под его днищем в средней части корпуса в интервале +/- (0,25-0,35) его длины L от мидель-шпангоута ставятся вертикально волногасящие комплексы пластинчатого или двояко-выгнутого профиля, с перекрытием не менее 15-20% от их ширины, при этом они развернуты под углом 10-20° наружу от диаметральной плоскости по ходу плавучего крана с левого и правого бортов, а сами волногасящие комплексы кницами прикреплены к днищу.
Такие комплексы на ходу плавучего крана будут засасывать воду под днище и в кормовой подзор на гребные винты, что частично будет уменьшать сопротивление плавучего крана на ходу. А без хода они будут повышать волностойкость плавучего крана по сравнению с п. 1.
Вариант №3 - фиг. 8 Плавучее волностойкое крановое судно универсального типа по п. 1, отличающееся тем, что при необходимости повышения его волностойкости в носу и корме перпендикулярно к бортам на удалении от днища на 0,2-0,3 осадки установливаются волногасящие комплексы по типу 4в с двояко-выгнутыми крыльевыми НВН За или пластинчатых 36, прикрепленных к борту кницами.
Конкретные размеры этих нейтрализаторов должны определяться для конкретного водоизмещения, формы корпуса и заданной интенсивности волнения. Здесь (в разумных пределах) действует закон, чем больше размер НВН, тем меньше качка, чем ближе НВН находится к волне, тем выше его эффективность. Главное ограничение - обеспечение прочности соединения НВН с прочным корпусом понтона и стоимость.
Патентный поиск не выявил аналогичных комплексных решений всех видов качки на одном морском объекте. Поэтому предлагаемое техническое решение обладает патентной новизной. Оно также по той же причине обладает существенным положительным эффектом, так как позволяет изменять количество тех или иных нейтрализаторов волновых возмущающих сил и моментов в зависимости от конкретных требований к эксплуатации крана. В частности, если плавучий кран предназначен для использования в закрытой гавани, с ограниченными глубинами, ему не нужны азиподы. Если ограничивает финансовый ресурс, можно ограничиться установкой подкильных НВН в средней части понтона по патенту РФ №2123958 и установкой горизонтальных пластин с кницами в носу и корме по патенту РФ №2123958.