УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТАПЛИВАНИЯ ЛЬДА ДЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ СУДНА (ВАРИАНТЫ)
ICE MELTING DEVICE FOR SHIP PASSAGE (VERSIONS)

Уровень техники
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для растапливания льда для прохождения судна, которое сконфигурировано с возможностью плыть через море, озеро или реку при одновременном растапливании льда на море, в озере или в реке.
2. Описание предшествующего уровня техники
По мере того как возрастает объем торговли между странами и потребность в грузопотоке, все большее внимание уделяется минимизации затрат на сбыт. Когда грузовое судно перемещается из любой страны на северо-востоке Азии, которая имеет относительно наибольший объем перевозок грузов в страны, которые расположены на противоположной стороне в Азии, или в европейские страны, традиционный морской путь представляет собой морской путь, который обходит Африку через Гонконг и Сингапур, которые расположены на юге континента. С другой стороны, в случае использования Северного Ледовитого океана известно, что расстояние плавания сокращается приблизительно на 40%, и время плавания сокращается приблизительно на 10 дней по сравнению со случаем использования существующего морского пути. Уменьшение расстояния плавания может приводить к снижению очень высокой себестоимости товаров и к экономии энергии топлива, потребляемой двигателем.
Ледокол представляет собой судно, созданное только для того, чтобы плыть через акваторию, покрытую льдом, и оптимизирует морской путь посредством разламывания льда. Когда ледокол выполняет морской переход, известная скорость ледокола равна приблизительно 2,5 узла в среднем, что составляет приблизительно 20% от приблизительно 12 узлов, которые представляют собой среднюю скорость крупного торгового судна, которое плывет через общую акваторию безо льда. Следовательно, несмотря на сокращенное расстояние, время плавания резко увеличивается, и в силу этого уменьшается экономическая целесообразность.
Следовательно, создание экономически целесообразного пути на северный полюс основывается на том, выполняет или нет ледокол морской переход при одновременном простом разламывании льда при низких затратах.
Чтобы преодолевать недостатки ледокола, выложенная публикация патента (Корея) № 2012-53292 раскрывает, что нагревательный элемент, в котором протекает пар высокого давления, монтируется в носовом отсеке судна. Тем не менее, способ с использованием пара имеет проблему в том, что конструкция различных видов трубок и клапанов усложняется, и увеличиваются затраты на то, чтобы противостоять высокому давлению, и требуется много времени для того, чтобы растапливать лед, вследствие небольшой теплоемкости.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение осуществлено в попытке предоставлять устройство, легко монтируемое в парусном судне для того, чтобы убирать лед при низких затратах и высокой эффективности без использования ледокола.
Дополнительно, настоящее изобретение осуществлено в попытке предоставлять устройство для растапливания льда для прохождения судна, которое сконфигурировано с возможностью быстро растапливать лед только посредством мгновенного контакта со льдом с использованием масляного теплоносителя вместо разламывания льда.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрено устройство для растапливания льда для прохождения судна, включающее в себя: котел, сконфигурированный с возможностью нагревать теплоноситель; высокотемпературный насос, сконфигурированный с возможностью переносить нагретый теплоноситель; нагревательный кожух, сконфигурированный с возможностью нагрева посредством теплоносителя, переносимого посредством высокотемпературного насоса, и присоединенный к носовому отсеку судна; и установку получения струи горячего газа, сконфигурированную с возможностью расположения спереди от нагревательного кожуха и выбрасывания струей воздуха, нагретого посредством теплоносителя.
Высокотемпературный насос может включать в себя электромоторный узел и узел рабочего колеса, который дает возможность электромоторному узлу переносить теплоноситель, и теплоноситель может быть сконфигурирован с возможностью циркулировать в электромоторный узел.
Нагревательный кожух может иметь форму металлической пластины, имеющей форму лезвия, соприкасающегося с левой и правой поверхностями носового отсека, и внутренняя часть нагревательного кожуха может содержать первый теплообменный узел для обеспечения теплообмена с теплоносителем.
Устройство для растапливания льда для прохождения судна дополнительно может включать в себя: теплоизоляционную пластину, сконфигурированную с возможностью располагаться в контактной части с носовым отсеком нагревательного кожуха и блокирования тепла от нагревательного кожуха.
Устройство для растапливания льда для прохождения судна дополнительно может включать в себя: выдвижную раму, сконфигурированную с возможностью выдвигаться из носового отсека к установке получения струи горячего газа, чтобы поддерживать установку получения струи горячего газа.
Выдвижная рама может содержать буферный узел, который сконфигурирован с возможностью буферизовать установку получения струи горячего газа.
Установка получения струи горячего газа может быть расположена в поперечном направлении относительно направления движения судна.
Установка получения струи горячего газа может включать в себя: компрессор, сконфигурированный с возможностью переносить воздух; второй теплообменный узел, сконфигурированный с возможностью позволять теплоносителю нагревать воздух; и множество сопел, сконфигурированных с возможностью быстро выбрасывать струей нагретый воздух.
Устройство для растапливания льда для прохождения судна дополнительно может включать в себя: блок нагревательного ножа, сконфигурированный в форме лезвия с вертикальным расположением спереди от нагревательного кожуха с возможностью нагреваться посредством теплоносителя, чтобы растапливать лед.
Блок нагревательного ножа может содержать третий теплообменный узел для обеспечения теплообмена с теплоносителем.
Устройство для растапливания льда для прохождения судна дополнительно может включать в себя: блок управления позицией, сконфигурированный с возможностью управлять положением и глубиной блока нагревательного ножа.
Теплоноситель может представлять собой масла, которые переносят тепло при температуре в 250-450°C.
Согласно другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрено устройство для растапливания льда для прохождения судна, включающее в себя: котел, сконфигурированный с возможностью нагревать теплоноситель; высокотемпературный насос, сконфигурированный с возможностью транспортировать нагретый теплоноситель; нагревательный кожух, сконфигурированный с возможностью нагрева посредством теплоносителя, транспортируемого посредством высокотемпературного насоса, и присоединенный к носовому отсеку судна; и блок нагревательного ножа, сконфигурированный с возможностью иметь форму лезвия с вертикальным расположением спереди от нагревательного кожуха и нагреваться посредством теплоносителя, чтобы растапливать лед.
Согласно еще одному другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрено устройство для растапливания льда для прохождения судна, включающее в себя: котел, сконфигурированный с возможностью нагревать теплоноситель; высокотемпературный насос, сконфигурированный с возможностью транспортировать нагретый теплоноситель; установку получения струи горячего газа, сконфигурированную с возможностью нагрева посредством теплоносителя, переносимого посредством высокотемпературного насоса, и расположенную перед носовым отсеком судна, чтобы нагнетать воздух, нагретый посредством теплоносителя; и блок нагревательного ножа, сконфигурированный с возможностью иметь форму лезвия с вертикальным расположением спереди от установки получения струи горячего газа и нагреваться посредством теплоносителя, чтобы растапливать лед.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанная и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения должны становиться более понятными из последующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 является видом в перспективе, концептуально иллюстрирующим состояние, в котором лед растапливается посредством судна S, оборудованного устройством 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 является видом в поперечном сечении, концептуально иллюстрирующим состояние, в котором лед растапливается посредством судна S, оборудованного устройством 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 является схемой конфигурации устройства 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 является видом сверху в частичном поперечном сечении состояния, в котором смонтирован нагревательный кожух 110 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 является схематичным видом сверху в поперечном сечении установки 120 получения струи горячего газа согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 6 является видом в поперечном сечении высокотемпературного насоса 160 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
В дальнейшем в этом документе, описывается устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 является видом в перспективе, концептуально иллюстрирующим состояние, в котором лед растапливается посредством судна S, оборудованного устройством 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, фиг. 2 является видом в поперечном сечении, концептуально иллюстрирующим состояние, в котором лед растапливается посредством судна S, оборудованного устройством 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, фиг. 3 является схемой конфигурации устройства 100 для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, фиг. 4 является видом сверху в частичном поперечном сечении состояния, в котором смонтирован нагревательный кожух 110 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, и фиг. 5 является схематичным видом сверху в поперечном сечении установки 120 получения струи горячего газа согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Как проиллюстрировано на этих чертежах, устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна сконфигурировано с возможностью присоединения к носовому отсеку судна S и может работать в состоянии, в котором устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна может монтироваться в акватории со льдом, и в состоянии, в котором устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна может отсоединяться в общей акватории безо льда.
Устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна, главным образом, включает в себя нагревательный кожух 110, установку 120 получения струи горячего газа и блок 130 нагревательного ножа, причем эти нагревательные узлы соединяются с котлом 150 и высокотемпературным насосом 160, которые монтируются в судне S. Тем не менее, устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна может быть сконфигурировано с возможностью включать в себя любой один или комбинацию двух элементов из нагревательного кожуха 110, установки 120 получения струи горячего газа и блока 130 нагревательного ножа вместо конфигурирования с возможностью включать в себя все элементы устройства 100 для растапливания льда для прохождения судна.
Котел 150 сконфигурирован с возможностью нагревать теплоноситель. В качестве теплоносителя могут использоваться минеральные масла, которые могут переносить тепло при температуре 250-450°C и предоставлять достаточную теплоемкость, чтобы растапливать лед при поддержании жидкого состояния даже при высокой температуре.
Теплоноситель, нагретый посредством котла 150, подается в высокотемпературный насос 160 через первый клапан 171. Высокотемпературный насос 160 представляет собой узел, который обеспечивает циркуляцию высокотемпературного теплоносителя и требуется для того, чтобы не допускать утечки теплоносителя, поддерживать изоляцию и прикладывать высокое давление. Ниже подробно описывается высокотемпературный насос 160 со ссылкой на фиг. 6.
Нагревательный кожух 110 сконфигурирован с возможностью нагрева посредством теплоносителя, переносимого посредством высокотемпературного насоса 160, и сконфигурирован с возможностью присоединения к носовому отсеку судна S. Подробно, как проиллюстрировано на фиг. 4, нагревательный кожух 110 может иметь форму металлической пластины, имеющей форму лезвия, соприкасающегося с левой и правой поверхностями носового отсека. Внутренняя часть нагревательного кожуха 110 может содержать первый теплообменный узел 112 для обеспечения теплообмена с теплоносителем. Форма первого теплообменного узла 112 может быть сконфигурирована в форме множества труб или множества слоев, в которых легко выполняется теплообмен. Дополнительно, контактная часть с носовым отсеком нагревательного кожуха 110 может содержать теплоизоляционную пластину 115. Теплоизоляционная пластина 115 сконфигурирована с возможностью не допускать подвергания носового отсека тепловому разрушению или усталости вследствие высокотемпературного нагревательного кожуха 110, который нагревается приблизительно при 250°C посредством теплообмена с теплоносителем в 250-450°C. Теплоизоляционная пластина 115 может быть изготовлена из эластичной смолы, резины или пружинного материала, чтобы иметь возможность смягчать удар вследствие столкновения со льдом C, который переносится на корпус судна.
Установка 120 получения струи горячего газа располагается спереди от нагревательного кожуха 110 и сконфигурирована с возможностью выбрасывать струей воздух, нагретый посредством теплоносителя. Установка 120 получения струи горячего газа может содержать выдвижную раму 141, которая выдвигается из носового отсека судна S к установке 120 получения струи горячего газа, с тем чтобы поддерживать установку 120 получения струи горячего газа. Выдвижная рама 141 может содержать буферный узел 142, чтобы давать возможность установке 120 получения струи горячего газа или блоку 130 нагревательного ножа уменьшать сопротивление или силу удара, которая прикладывается при столкновении со льдом C. Буферный блок 142 может формироваться из упругой пружины, цилиндра на основе рабочей жидкости и т.п.
Установка 120 получения струи горячего газа располагается в поперечном направлении относительно направления движения судна S (см. фиг. 1), и ее внутренняя часть содержит второй теплообменный узел 122, который формируется с возможностью позволять теплоносителю нагревать воздух. Установка 120 получения струи горячего газа может включать в себя компрессор 125, чтобы предоставлять сжатый воздух (см. фиг. 3), и нижняя поверхность установки 120 получения струи горячего газа может содержать множество сопел 121, которые формируются с возможностью выбрасывать струей нагретый воздух в направлении льда на высокой скорости (см. фиг. 5).
Блок 130 нагревательного ножа имеет форму лезвия с вертикальным расположением спереди от нагревательного кожуха 110 и нагревается посредством теплоносителя, чтобы растапливать лед, имеющий толщину приблизительно 5-7 м. Внутренняя часть блока 130 нагревательного ножа может содержать третий теплообменный узел 132 для обеспечения теплообмена с теплоносителем. Дополнительно, блок 135 управления позицией, чтобы управлять положением и глубиной блока 13 нагревательного ножа в зависимости от толщины или глубины льда, может быть расположен между установкой 120 получения струи горячего газа и блоком 130 нагревательного ножа. В качестве блока 135 управления позицией может быть использован гидравлический электромотор, механический рычажный механизм и т.п.
Чтобы поддерживать или отсоединять устройство 100 для растапливания льда для прохождения судна, судно S может содержать кран 101 и кабель 102.
В дальнейшем в этом документе описывается работа устройства 100 для растапливания льда для прохождения судна.
Как проиллюстрировано на фиг. 1, когда судно S плывет через акваторию со льдом C, блок 130 нагревательного ножа, расположенный в носовом отсеке, нагревается приблизительно при 250°C посредством теплоносителя, нагретого при высокой температуре в 250-450°C. Блок 130 нагревательного ножа, имеющий форму лезвия, предоставляет большое количество тепла в направлении льда C в течение короткого периода времени, когда обе стороны блока 130 нагревательного ножа входят в контакт со льдом C так, что они быстро нагреваются при 0°C, которая представляет собой температуру, при которой может растапливаться лед C. Как следствие, сильно расширяемый ледяной слой ломается.
Установка 120 получения струи горячего газа быстро выбрасывает струей высокотемпературный воздух, нагретый приблизительно при 250°C посредством теплоносителя, в направлении льда C. Следовательно, лед C формируется с возможностью простого разламывания на небольшие части.
Нагревательный кожух 110 способствует полному крошению льда, растапливаемого посредством блока 130 нагревательного ножа или установки 120 получения струи горячего газа, которая располагается спереди от нагревательного кожуха 110. Тем не менее, во время комбинирования нагревательного кожуха 110, установки 120 получения струи горячего газа и блока 130 нагревательного ножа, любой из этих элементов может исключаться. Дополнительно, как проиллюстрировано на фиг. 3, нагревательное средство, чтобы растапливать лед, может быть выборочно использовано посредством второго клапана 172, чтобы открывать и закрывать канал для теплоносителя, подаваемого в нагревательный кожух 110, и третий клапан 173, чтобы открывать и закрывать канал для теплоносителя, подаваемого в установку 120 получения струи горячего газа или блок 130 нагревательного ножа.
Фиг. 6 является видом в поперечном сечении высокотемпературного насоса 160 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. В качестве высокотемпературного насоса 160 согласно настоящему варианту осуществления, который представляет собой насос с высокой теплостойкостью, допускающий сопротивление высокой температуре, может быть использован негерметичный насос с электромотором закрытой конструкции, в котором уплотнительное кольцо не повреждается даже в агрессивной среде. Иными словами, высокотемпературный насос 160 может включать в себя электромоторный узел и узел рабочего колеса, и теплоноситель сконфигурирован с возможностью циркулировать во внутреннюю часть электромоторного узла. Далее подробнее описывается высокотемпературный насос 160.
Высокотемпературный насос 160 может включать в себя такие компоненты, как оболочка 160-10, рабочее колесо 160-15, передний корпус 160-12, задний корпус 160-22, блок 160-30 статора, роторный узел 160-40, подшипники 160-51 и 160-52, втулки 160-55 и 160-56, вспомогательное рабочее колесо 160-60, соединитель 160-70 и т.п. Тем не менее, в некоторых случаях, высокотемпературный насос 160 не включает в себя некоторые вышеуказанные компоненты или может быть заменен посредством другой формы.
Оболочка 160-10, которая представляет собой компонент, заключающий внутри себя рабочее колесо 160-15, содержит впускное отверстие 111, в которое вводится рабочая жидкость, т.е. жидкий теплоноситель, и выпускное отверстие 112, переносящее рабочую жидкость посредством центробежной силы.
Рабочее колесо 160-15, которое представляет собой компонент, соединенный с роторным узлом 160-40, принимает движущую силу, предоставленную из роторного узла 160-40, и принудительно направляет рабочую жидкость в центробежном направлении посредством вращения, чтобы давать возможность рабочей жидкости перемещаться в направлении выпускного отверстия 112 оболочки 160-10.
Передний корпус 160-21 и задний корпус 160-22 имеют такую форму, что они расширяются внутрь соответственно, с тем чтобы предоставлять посадочные места, на которых должны быть помещены подшипники 160-51 и 160-52. Чтобы соединять передний корпус 160-21 и задний корпус 160-22 между собой, блок 160-30 статора содержит соответствующие фланцы 160-31 и 160-32. Здесь, передний фланец 131 может иметь такую форму, что он имеет диаметр, превышающий диаметр заднего фланца 132, с тем чтобы непосредственно соединяться с оболочкой 160-10. Передний фланец 131 и оболочка 160-10 соединяются между собой посредством фланцевого болта 135, вставленного со стороны переднего фланца 131. Высокая герметизирующая сила и упрощение сборки достигаются посредством конструкции прямого соединения между блоком 160-30 статора и оболочкой 160-10. Передний корпус 160-21 соединяется с передним фланцем 131 блока 160-30 статора посредством фланцевого болта 125, вставленного со стороны переднего корпуса 160-21.
Роторный узел 160-40 включает в себя вал 160-41, сердечник 160-42 ротора, крепящийся к валу 160-41, и чехол 143 ротора, герметизирующий сердечник 160-42 ротора.
Вал 160-41 включает в себя сквозное отверстие 160-41a, сформированное в направлении длины в центре, и включает в себя боковое отверстие 160-41b, соединенное со сквозным отверстием 160-41a и сформированное в радиальном направлении. Когда электромотор работает, рабочая жидкость вводится в сквозное отверстие 160-41a посредством действия рабочего колеса 160-15 и затем вводится во внутреннее пространство электромотора через боковое отверстие 160-41b.
Передний конец и задний конец роторного узла 160-40 плотно подгоняются посредством втулок 160-53 и 160-54 соответственно, и втулки 160-53 и 160-54 поддерживаются посредством соответствующих подшипников 160-51 и 160-52. Подшипники 160-51 и 160-52 включают в себя лабиринтное уплотнение 160-51a, сформированное в спиральном и осевом направлениях, и плавное скольжение между валом 160-41 и подшипниками 160-51 и 160-52 формируется посредством рабочей жидкости, проходящей вдоль лабиринтного уплотнения 160-51a. Следовательно, смазывающее действие реализуется посредством теплоносителя, который представляет собой рабочую жидкость, переносимую посредством насоса, без использования отдельного смазочного масла. Следовательно, поскольку уплотнительное кольцо и т.п. не используется в течение периода, когда работает высокотемпературный насос 160, не возникает утечки теплоносителя вследствие повреждения уплотнительного кольца.
Блок 160-30 статора имеет форму, в которой электрический провод наматывается вокруг железного сердечника 160-33, и герметизируется посредством чехла 160-34 статора. Передняя концевая часть и задняя концевая часть блока 160-30 статора содержат фланцы 160-31 и 160-32 таким образом, что они соединяются с передним корпусом 160-21 и задним корпусом 160-32 соответственно, как описано выше.
Вспомогательное рабочее колесо 160-60 предоставляет проход для выпуска воздуха, включенного во внутреннее пространство, в котором монтируется роторный узел 160-40. Иными словами, вспомогательное рабочее колесо 160-60 выпускает воздух, так что рабочая жидкость вводится во внутреннее пространство посредством вращения рабочего колеса 160-15 после того, как охлаждающее устройство на основе теплообмена для трансформатора регулируется, и закрывается, когда воздух полностью выпускается.
Соединитель 160-70, который представляет собой компонент, соединяющий электрический провод и т.п. блока 160-30 статора с внешним контактным выводом, разнесен от высокотемпературного блока 160-30 статора на предварительно определенное расстояние посредством удлинительной трубки.
Как описано выше, поскольку теплоноситель вводится и циркулирует в высокотемпературный насос 160, сформированный как негерметичный насос с электромотором закрытой конструкции, чтобы реализовывать охлаждающее действие и смазывающее действие электромоторного узла высокотемпературного насоса 160 без воздействия на внутренний компонент электромоторного узла, уплотнительное кольцо не может повреждаться, и может увеличиваться продолжительность срока службы.
Согласно устройству для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, лед может последовательно растапливаться с использованием теплоносителя, имеющего большую теплоемкость, подаваемого в высокотемпературный насос, вместо вскрытия льда, за счет этого быстро растапливая лед, и поскольку нет необходимости использовать толстую стальную пластину для того, чтобы противостоять столкновению со льдом и дробить лед, может быть сконфигурировано относительно менее дорогое и более высокоэффективное устройство. Следовательно, можно экономить большое количество энергии, требуемой для того, чтобы обходить акваторию со льдом.
Согласно устройству для растапливания льда для прохождения судна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, герметизация может поддерживаться при вибрации или в высокотемпературной среде посредством применения типа электромотора закрытой конструкции, имеющего конструкцию, в которой теплоноситель циркулирует в высокотемпературном насосе, в силу этого демонстрируя стабильную производительность даже в экстремальной среде.
Устройство для растапливания льда для прохождения судна, как описано выше, не применяется исключительно к конфигурации и способу примерных вариантов осуществления, описанных выше. Все или некоторые вышеуказанные примерные варианты осуществления также могут быть выборочно комбинированы друг с другом таким образом, что могут выполняться различные модификации.