ШВАРТОВОЕ ПРИЧАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
MOORING DEVICE

Заявляемое изобретение относится к области судостроения, а именно к техническим средствам для электрического питания и зарядки аккумуляторных батарей безэкипажных или автономных надводных судов при их стоянке на швартовых.
Известно швартовное устройство по патенту RU №2492100, МПК B63B 21/02, опубл. 10.09.2013, содержащее приемную часть судна, которая является колодцем, геостационарную часть - турелью, расположенную с возможностью поворота в указанной приемной части судна, и главный подшипниковый узел, соединяющий геостационарную часть с приемной частью судна. Главный подшипниковый узел содержит, по меньшей мере, два отдельных подшипника, выполненных с возможностью осуществления с ними действий таким образом, что один или другой, или оба указанных подшипника находятся в рабочем положении с обеспечением возможности замены, осмотра и ремонта нерабочего подшипника на месте.
Известно также швартовное устройство для судов, связанных с добычей и транспортировкой углеводородов, по патенту RU №2547327, МПК B63B 21/50, опубл. 10.04.2015. Устройство содержит расположенную в судне буровую шахту, турель, установленную в буровой шахте с возможностью вращения посредством верхнего основного подшипника и нижнего дополнительного подшипника, и швартовы, прикрепленные к нижней области турели. Турель в своей нижней области содержит несколько расположенных по окружности на расстоянии друг от друга коробчатых торсионных элементов, каждый из которых проходит по существу вертикально между верхним концом, прикрепленным к турели, и нижним свободным концом.
Недостатками данных устройств является сложность изготовления и дальнейшей эксплуатации, а также отсутствие возможности электроснабжения судна при швартовке.
Известно швартовое устройство, обеспечивающее автоматическое подключение судна к береговой электрической сети при швартовке по патенту RU №40286 МПК B63B 21/02, опубл. 10.09.2004. Сущность полезной модели заключается в выполнении устройства швартовки в виде трансформатора, сердечник которого состоит из двух частей, заключенных в отдельные корпуса и несущих первичную и вторичную обмотки. Одна часть трансформатора с первичной обмоткой закреплена с помощью амортизаторов на колонке причала, а другая прикреплена к станине, установленной на носовой или кормовой оконечности судна. Первичная обмотка трансформатора подключена к береговой электросети, а вторичная - к судовой. На боковой поверхности концов стержней обеих частей сердечника и корпусов установлены элементы для наведения и стыковки сердечника. При подходе судна к причалу корпус швартового устройства судна, обладая свободой перемещения благодаря штанге, пружинам и шарнирам, с помощью направляющих и роликов сближается с корпусом швартового устройства причала, где размещена первичная обмотка. Насадки на стержнях сердечника обеспечивают точное сочленение двух его частей и соответственно точную швартовку судна. Недостатком данного аналога является невозможность автоматической швартовки и обеспечение питания или подзарядки источников тока (аккумуляторов) безэкипажных или автономных надводных судов. Также, недостатком конструкции является угроза навала судна на причал в случае существенного изменения уровня воды.
Известно швартовое устройство по патенту US 5762016, опубл. 09.06.1998, обеспечивающее автоматическое подключение судов к береговой сети при швартовке. Устройство имеет неподвижную часть, которая прикреплена к свайному устройству и образует дорожку, по которой перемещается скользящая часть. Подвижная часть имеет жесткую часть и гибкую деформируемую часть. Жесткая часть снабжена направляющим каналом для зацепления неподвижной части во время использования блока бампера. Упругая деформируемая часть имеет контактную поверхность, воспринимающую удар, и не контактирующие противоположные боковые стенки. Швартовные утюги установлены на боковых стенках жесткого элемента, чтобы обеспечить возможность закрепления на них швартовной линии лодки. В направляющем канале установлена вставка из материала, устойчивого к трению, для облегчения перемещения подвижной части вдоль неподвижной дорожки. Недостатком аналога является невозможность автоматической швартовки и обеспечение питания или подзарядки источников тока (аккумуляторов) безэкипажных или автономных надводных судов при существенных изменениях уровня воды.
Известно швартовое причальное устройство по патенту RU №2723697, опубл. 17.06.2020, выбранное в качестве прототипа заявляемого изобретения. Известное устройство решает проблему автоматизированной швартовки безэкипажных судов без непосредственного участия человека и включает: электромагнит, закрепленный через амортизатор на причальной стенке, выполненный с возможностью стыковки с ответной частью, размещенной на корпусе безэкипажного судна. На причале установлены блок управления швартовкой, АИС-транспондер, RTK-базовая станция, УКВ-радиомодем. Устройство обеспечивает швартовку безэкипажных или автономных надводных судов, у которых ориентация на местности осуществляется посредством систем глобального геопозиционирования и навигации - (GPS/ГЛОНАСС). Недостатком прототипа является невозможность обеспечения электрического питания или подзарядки источников тока (аккумуляторов) безэкипажных или автономных надводных судов во время стоянки, в том числе, при существенных изменениях (колебаниях) уровня воды, когда приемный швартовый магнит находится ниже или выше уровня ответной части, расположенной на судне.
Предлагаемое устройство решает проблему подключения безэкипажных или автономных надводных судов к электрической сети для питания или подзарядки судовых источников тока (аккумуляторов) во время стоянки в условиях колебания уровня воды.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в швартовом причальном устройстве для безэкипажных или автономных надводных судов, (содержащем также, как и прототип, электромагнит, размещенный на вертикальной поверхности причального устройства и подключенный через управляемое реле к источнику электроснабжения, блок управления, расположенный на горизонтальной поверхности устройства и включающий связанные между собой АИС-транспондер (автоматическую идентификационную систему), RTK-базовую станцию (Real Time Kinematic) на основе приемника спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС), радиомодем УКВ, предназначенный для беспроводной передачи данных от RTK-базовой станции, и ЭВМ, выход которой подсоединен к управляемому реле), в отличие от прототипа, электромагнит закреплен на поплавке, выполненном с возможностью перемещения по вертикальной оси, установленной на вертикальной поверхности причального устройства, при этом на верхней части поплавка закреплено на кронштейне электрическое контактное устройство, соединенное через управляемое реле с источником электроснабжения и установленное с возможностью контактирования с ответной частью, установленной на судне.
Сущность изобретения заключается в обеспечении возможности автоматического обеспечения электропитания или подзарядки аккумуляторов безэкипажных или автономных надводных судов во время их швартовки или стоянки в условиях колебания уровня воды. Указанный результат достигается за счет изменения конструкции причального устройства в части крепления электромагнита и дополнения его электрическим контактным устройством: в прототипе электромагнит закреплен на причальной поверхности швартового устройства через амортизатор, в предлагаемом - через подвижную поплавковую систему, которая по вертикальной штанге перемещается вместе с уровнем воды и таким образом компенсирует разницу уровней элементов стыковки судна и причала и позволяет при стоянке судна обеспечивать его электроснабжение.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - подключение безэкипажных или автономных надводных судов к электрической сети для питания или подзарядки судовых источников тока (аккумуляторов) во время стоянки, в том числе в условиях колебания уровня воды при автоматической швартовке без непосредственного участия человека – решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, где:
на фиг. 1 дано схематическое изображение швартовного устройства;
на фиг. 2 изображена схема блока управления.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит: электромагнит 1 для швартовки судна, электроконтактное устройство 2 на кронштейне 3 для передачи электрического питания на судно, закрепленные на поплавке 4 с кареткой 5, скользящие по направляющей 6, что позволяет поплавку 4 свободно перемещаться в соответствии с текущим уровнем воды. Электромагнит 1 и электроконтактное устройство подключены электрическим кабелем 7 к блоку управления 8, который подключен к источнику электроснабжения 9. Блок управления (фиг. 2) содержит ЭВМ 10, АИС-транспондер 11, RTK-базовую станцию 12 и УКВ-радиомодем 13. ЭВМ через реле 14, осуществляет управление электромагнитом 1 и электроконтактным устройством 2. Предлагаемое устройство закреплено на швартовой стенке (пале) 15 в воде (акватории) 16.
Электромагнит 1 выполнен с возможностью стыковки с ответной частью, размещенной на корпусе безэкипажного судна, а размеры кронштейна 3 соответствуют расположению приемного электроконтактного устройства на судне, что позволяет точно подключать электрическое питание от электроконтактного устройства 2 на поплавке 4 и осуществлять электрическое соединение с судном при любом изменении уровня воды.
При швартовке безэкипажных судов ориентация на местности осуществляется посредством систем глобального геопозиционирования и навигации (GPS/ГЛОНАСС). Для функционирования в радиокомандном или в автономном режимах такие суда оснащаются средствами управления, навигации и приема-передачи радиосигналов, в том числе: бортовой ЭВМ, АИС - транспондером, предназначенным для приема и передачи данных о текущем местоположении судов и сооружений, и радиомодемом УКВ (на рис. 1 не показаны), предназначенным для приема и передачи уточненных данных геопозиционирования и навигации при использования RTK-базовой станции 12, установленной на швартовом пале (причале). Как, указывалось выше, для соединения безэкипажного судна с береговой электросетью на его корпусе установлена ответная часть электромагнита и ответная часть электроконтактного устройства для соединения электрических проводников. Для обеспечения максимального эффективного примыкания электромагнит и ответная часть могут быть выполнены в любой форме, например, с зеркальным отражением друг друга относительно плоскости их примыкания, как и электроконтактное устройство.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При возникновении необходимости в швартовке судна, бортовые средства управления, навигации и приема-передачи радиосигналов определяют координаты причала путем обработки информации от АИС-транспондера 11. По полученным данным судно следует в направлении расположения швартовного причального устройства. При вхождении в заданный район безэкипажное судно получает уточненные данные о расположении швартового пала (причала). Для этого, на швартовом пале функционирует ЭВМ 10, с помощью RTK-базовой станции 12 и через УКВ-радиомодем (13) безэкипажное судно получает точную информацию и навигационно-временное обеспечение, необходимые для следования в направлении расположении швартового пала, что позволяет с сантиметровой точностью подойти к месту швартовки. В непосредственной близости судна от швартового устройства ЭВМ 10 включает электромагнит 1 через реле 14 и под действием магнитного поля осуществляется стыковка узлов 1 и 2 с ответными частями судна. Это в свою очередь обеспечивает автоматическое подключение судна к электроснабжению, позволяющее осуществлять его питание или подзарядку аккумуляторов, предназначенных для накопления энергии и автономного электропитания электротехнических устройств и оборудования (17), которые получают электрическую энергии от фотоэлектрических или тепловых преобразователей солнечной энергии (18).
Дополнительным эффектом от наличия полой и герметичной поплавковой системы, постоянно находящейся на поверхности воды, является уменьшение вероятности навала судна на причал при изменении уровня воды.
Изобретение было создано специалистами Научного центра ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы и была успешно апробирована на макетах и цифровых моделях с использованием навигационного тренажера. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».