ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ШВАРТОВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области судостроения, в частности к вспомогательному оборудованию по швартовке с одновременным электроснабжением судов и других плавучих средств и может быть использована в электрооборудовании с токосъемниками для силовых цепей транспортных средств с электротягой.
Известно "электромагнитное швартовное устройство", содержащее три электромагнита с приводом, выполненные с возможностью взаимодействия со стальным листом причала. Два из трех электромагнитов расположены симметрично по бортам судна, а один - в его диаметральной плоскости. Все электромагниты расположены в нишах борта судна. Средний электромагнит содержит упор, а бортовые - гидравлические приводы для выдвижения (см. а.с. СССР №1000340, опубл. 28.02.83 г., кл. В 63 В 21/02).
Недостатками известного электромагнитного швартовного устройства являются сложность конструкции, сравнительно большое количество электромагнитов и их большая масса (вместе с их приводами и устройствами крепления в нишах), которая уменьшает степень полезной загрузки судна. Кроме того, известное швартовное устройство не обеспечивает электрическую связь судовой электросети с береговой. В этом устройстве электроэнергия на питание электромагнитного швартовного устройства расходуется от источника судовой электроэнергии, что не является экономически целесообразным.
Известно другое "электромагнитное швартовное устройство" (см. а.с. СССР №1281474, опубл. 07.01.87 г., кл. В 63 В 21/02). Оно содержит электромагнитный сцепной элемент, взаимодействующий с соответсвующим сердечником на причале, электрически связанный с источником тока, и узел подвески этого элемента, включающий пружинные тяги. Электромагнитный сцепной элемент выполнен в виде многогранного барабана, который установлен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, несущего на каждой грани электромагнит. Его электрическая связь с источником тока включает пропущенные внутри пружинных тяг герметические кабели, один
конец каждого из которых проведен через ось барабана, а другой подключен к прерывателю тока, которым снабжено устройство.
Основным недостатком известного электромагнитного швартовного устройства также является низкая экономичность. Это объясняется тем, что известное устройство, как и предыдущее, потребляет дорогостоящую и немалую электроэнергию только от судового источника электрического тока. Известное устройство помимо этого обладает большой массой и габаритами. Кроме того, известное устройство имеет режим многократного прерывания тока, что обусловлено многогранной формой электромагнита, который (режим) негативно сказывается на работе судовых потребителей электроэнергии.
Известно также "электромагнитное швартовное устройство", включающее электромагнитную систему, содержащую корпус с обмоткой катушки электромагнита, электрически связанной с источником питания на берегу, причем, корпус установлен на причале посредством установленного с возможностью перемещения в вертикальных направляющих ползуна и демпферов с возможностью взаимодействия с якорем электромагнита, размещенным на корпусе судна. Указанные демпферы установлены между упомянутым причалом и направляющими, а сам корпус шарнирно соединен с ползуном посредством сферического шарнира (см. а.с. СССР №1661048, опубл. 07.07.91 г., кл. В 63 В 21/02).
Это электромагнитное швартовное устройство является наиболее близким по достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели.
Недостатком известного электромагнитного швартовного устройства является отсутствие связи береговой электросети, питающей известное устройство, с судовой, т.е. недостаточная экономичность при его использовании. Это объясняется тем, что для обеспечения стоянки судна у причала с его подходом (при помощи данного известного устройства) используется электроэнергия от берегового источника питания, и в тот же период потребители электрической энергии на судне питаются от судовой электростанции, чья электроэнергия, как известно, является более дорогостоящей. Недостатком является маломощность и неэффективность использования устройства. Кроме того, стоянка судна в порту с работающими двигателями негативно влияет на экологическую
обстановку в порту. Более того происходит нерациональная и достаточно быстрая выработка ресурса постоянно работающих вполсилу приводных двигателей судовой электростанции, имеющих ограниченный ресурс (когда они могли быть не запущены).
Эти недостатки известного устройства обуславливают одну из причин, из-за которой оно не нашло применения.
Техническая задача, на которую направлено заявляемое изобретение, повышение экономичности, экологичности и эффективности использования электромагнитного швартовного устройства.
Указанная техническая задача достигается тем, что известное электромагнитное швартовное устройство, включающее электромагнитную систему, содержащую корпус с обмоткой катушки электромагнита, электрически связанной с береговой электросетью, причем, корпус установлен на причале с использованием средств амортизации, выполнено так, что электромагнитная система изготовлена в виде трансформатора, сердечник которого состоит из двух "Е"-образных зеркально симметричных частей, несущих на обращенных друг к другу стержнях этих частей сердечника соответственно первичную и вторичную обмотки и заключенных (т.е. частей) в отдельные корпуса.
Один из этих корпусов, имеющий первичную обмотку, закреплен с вертикальной ориентацией плоскости разъема сердечника с помощью амортизаторов на колонке, установленной на причале. Второй корпус сердечника, ориентированный соответственно, шарнирно прикреплен к станине, установленной на оконечности судна (носовой или кормовой), посредством телескопической штанги, состоящей из наружной и внутренней балок и имеющей внутренний осевой амортизатор между балками, наружные радиальные пружины, связывающие наружную балку со станиной, сферические шарниры на наружных торцах балок и поперечину на внутренней балке вблизи ее шарнира. На поперечине по концам также установлены пружины, связывающие поперечину с корпусом второй части сердечника. Первичная обмотка подключена к береговой электросети, а вторичная - к судовой. На боковой поверхности обращенных друг к другу концов стержней
обеих частей сердечника и корпусов установлены элементы конструкции, выполненные из немагнитного материала, предназначенные для наведения и стыковки частей сердечника. На боковой поверхности средних обращенных друг к другу концов стержней обеих частей сердечника установлены элементы конечных выключателей.
Целесообразно такое выполнение элементов конструкции для наведения и стыковки частей сердечника, при котором они выполнены в виде воронки на каждом из стержней и сходящихся направляющих плоскостей корпуса на одной из частей сердечника и усеченного конуса на каждом из стержней и роликов корпуса соответственно - на второй его части.
Предложенное устройство при подходе судна к причалу и стыковке сердечника трансформатора развивает достаточно большие усилия, обеспечивающие удержание за счет этого судов различного водоизмещения.
В заявляемом устройстве в создании притягивающих электромагнитных сил участвуют обмотки как на первичной стороне трансформатора, так и на вторичной, тогда как в прототипе в создании этих же сил участвует только один электромагнит (одна катушка), находящийся на причале, и как следствие в предлагаемом устройстве в плоскости разъема магнитопровода трансформатора возникают удерживающие силы в несколько раз большие, что позволяет расширить область применения устройства, т.е. использовать его для швартовки судов большего водоизмещения, без дополнительных швартовных средств. Т.о. повышается эффективность использования устройства.
Заявленное устройство так же обеспечивает бесконтактную передачу электроэнергии от береговой сети в судовую. При этом, возможные небольшие смещения оконечности судна при подходе к месту швартовки (боковые, угловые, по высоте) компенсируются заявленными элементами устройства из немагнитного материала, предназначенными для наведения и стыковки стержней сердечника - направляющие сходящиеся плоскости на одном корпусе и ролики на другом обеспечивают грубое наведение, а насадки на боковой поверхности концов стержней сердечников в виде усеченного конуса и воронки обеспечивают точное наведение.
При грубом наведении определенная жесткость конструкции позволяет в некоторой степени изменять положение оконечности судна. Возможное несовпадение осей обеих частей сердечника в момент начала стыковки компенсируется шарнирно-сферической подвижностью штанги, а устойчивость положения корпуса со вторичной обмоткой обеспечивается радиальными пружинами.
Пружинный осевой амортизатор штанги и амортизаторы корпуса с первичной обмоткой компенсируют нагрузку "навала" судна в момент стыковки сердечника. Пружины, установленные на поперечине штанги, обеспечивают заданную ориентацию судовой части трансформатора в вертикальной плоскости. Таким образом, заявленное устройство, снабженное элементарным конечным выключателем, позволяет обеспечить швартовку и удержание достаточно больших судов за счет усилий, возникающих в плоскости разъема сердечника трансформатора благодаря действию электромагнита в виде раздельного трансформатора, позволяет одновременно обеспечить бесконтактную передачу береговой электроэнергии в судовую.
В большей мере достоинства предложенного устройства проявляют себя при швартовке судов с электротягой от аккумуляторных батарей, особенно при коротких челночных рейсах, сопряженных с частыми швартовками судна. При осуществлении частых и кратковременных стоянок автоматическая швартовка и следующее за ней подключение судна к береговой электросети при использовании заявленного устройства создает достаточное усилие для удержания судна у причала. При этом (что существенно при частых швартовках), не требуется применения сложной известной системы управления электромагнитом, исключаются ответственные (чреватые ошибками), ручные операции по подключению (отключению) судна к береговой электросети, обеспечивается питание судовых потребителей переменного тока от береговой электросети через судовую без преобразования электроэнергии, в том числе пуск гребного двигателя (в момент отшвартовки) без расходования им емкости аккумуляторной батареи, а так же существует возможность подзарядки (при необходимости) на стоянке самой аккумуляторной батареи.
На фигуре 1 изображен общий вид электромагнитного швартовного устройства в рабочем состоянии, вид сбоку. На фигуре 2 - тоже, вид по А-А. На фигуре 3 - часть трансформатора с первичной обмоткой и элементами конструкции для наведения и стыковки сердечника, вид сбоку. На фигуре 4 - тоже вид сверху. На фигуре 5 - тоже со вторичной обмоткой, вид сбоку. На фигуре 6 - тоже, вид сверху. На фигуре 7 - электрическая схема электромагнитного швартовного устройства с элементами береговой и судовой сети.
Электромагнитное швартовное устройство содержит трансформатор 1, включающий в себя сердечник 2 (фиг.3 и 5), который состоит из двух зеркально симметричных Е-образных частей, несущих первичную 3 и вторичную 4 обмотки. Обе части трансформатора 1 установлены в отдельные корпуса 5 и 6. Корпус 5 с первичной обмоткой 3 закреплен с помощью амортизаторов 7 (фиг.1) на колонке 8 берегового причала 9. При этом плоскость разъема сердечника трансформатора ориентирована вертикально. Корпус 6 со вторичной обмоткой 4, ориентированной соответственно (плоскость разъема сердечника ориентирована вертикально), шарнирно прикреплен (подвижно связан) к станине 10, установленной на оконечности (в носовой или кормовой части) судна 11, посредством телескопической штанги 12 (фиг.2). Телескопическая штанга 12 состоит из двух балок - наружной 13, обращенной к станине 10, и внутренней 14, между которыми по оси штанги установлен пружинный амортизатор 15. На торцах штанга (соответственно на торцах наружной 13 и внутренней 14 балках) имеет сферические шарниры 16. На наружной 13 балке штанги 12 радиально установлены пружины 17, противоположные концы которых закреплены на станине 10, для чего верхняя часть станины имеет нишу 18. Внутренняя 14 балка близ шарнира имеет поперечину 19, на концах которой установлены пружины 20, противоположные концы которых прикреплены к корпусу 6 с целью обеспечения вертикальной ориентации плоскости разъема сердечника 2. Первичная 3 обмотка подключена к береговой 21 электросети (фиг.7), вторичная 4 - на щит 22 судовой электросети с потребителями 23. На боковой поверхности концов стержней каждой из Е-образных частей сердечника 2 для
обеспечения стыковки его частей установлены насадки из немагнитного материала 24, выполненные в виде воронки (внутренняя поверхность) и усеченного конуса (наружная поверхность). На боковой поверхности корпусов 5 и 6 для грубого наведения, обеспечивающего стыковку сердечника, установлены элементы конструкции из немагнитного материала в виде направляющих 25 сходящихся плоскостей на одном корпусе и роликов 26 соответственно - на другом. На боковой поверхности концов средних стержней обеих частей сердечника 2 установлены элементы конечных выключателей 27.
Устройство используют следующим образом. При подходе судна 11 к причалу 9 корпус 6, обладающий некоторой свободой пространственного перемещения, которую обеспечивают ему штанга 12, сферические шарниры 16 и пружины 17, с помощью направляющих 25 и роликов 26 сближается с корпусом 5, где размещена первичная 3 обмотка трансформатора. Насадки 24 на стержнях сердечника 2 обеспечивают точное сопряжение двух частей сердечника. Нагрузки от навала судна компенсируются пружинными амортизаторами 7 и 13. С помощью конечных выключателей 27 происходит автоматическое (на схеме не показано) подключение первичной 3 обмотки к береговой электросети 21 и вторичной 4 - к щиту питания с берега 22 и через щит 22 к судовым потребителям 23. В этих условиях обеспечивается электроснабжение всех судовых, в том числе, при необходимости, может быть обеспечена, через зарядно-выпрямительное устройство 28 - подзарядка аккумуляторных батарей 29 и пуск гребных электродвигателей (не показаны) при отходе судна. При стоянке судна электромагнитные силы в магнитопроводе (сердечника 2) в плоскости его разъема надежно удерживают судно 11 у причала 9.
При отходе судна пуск гребных электродвигателей, как одних из судовых потребителей электроэнергии, производится при электроснабжении от береговой сети. По окончании пускового периода автоматически (на схеме не показано) происходит посредством выключателей 27 отключение береговой сети от первичной обмотки 3 трансформатора (и соответственно щита 22) и подключение судовых потребителей на питание через автономный инвертор 30.