Портовый буксир с ледовыми зубьями и резонансными вертикальными колебаниями корпуса для разрушения льда

Портовый буксир с ледовыми зубьями и резонансными вертикальными колебаниями корпуса для разрушения льда относится к судостроению и водному транспорту и касается технологии разрушения ледяного покрова при плавании в портовых водах.
Разрушение ледового покрова обеспечивается колебаниями по вертикали носовой части буксира с ледовыми зубьями, установленными на носовых обводах корпуса с обеих сторон от форштевня по горизонтали, что облегчает его проход через ледовый покров.
Имеется патент SU 1122549 «Носовая оконечность судна ледового плавания с лед-разрушающей наделкой» в подводной части судна, выполненной в виде клина. Применение такой наделки неэффективно, т.к. изменение осадки приводит к поднятию наделки выше поверхности льда или опусканию под лед. При увеличении толщины льда требуются повышенные усилия движительной установки для разделения массива на 2 горизонтальные части и раздвигание. Наделка выступает вперед и по бортам и представляет дополнительную опасность для судов и причалов при маневрах.
Имеется патент на изобретение №2122505, согласно которому имеется возможность передачи на лед части массы буксира через полозья впереди форштевня и подрезки льда снизу. При этом требуется сложная конструкция приставки и дополнительная мощность силовой установки для разрушения ледового покрова.
Подобные недостатки присущи предложенному в журнале "Изобретатель и рационализатор", N 5, 1971, с. 9, способу разрушать лед с помощью мощных маховиков, устанавливаемых на носу.
Основная часть действующих в настоящее время портовых буксиров для ледового плавания имеет классическую форму с наклонным форштевнем и разрушает лед за счет давления форштевня на кромку льда и расширения трещины, когда она появляется. Если трещины нет, то носовая часть корпуса выходит на льдину и своим весом проламывает лед. Иногда льдина не раскалывается от давления корпуса на лед, поэтому носовая часть по смятому льду вылезает на лед и буксир может заклиниться. Возникает необходимость отрабатывать на задний ход и разбивать лед несколькими набегами на переднем ходу. При таких условиях требуется значительная мощность силовой установки и резко снижается скорость продвижения, возрастает расход топлива, возможны поломки механизмов от инерционных нагрузок.
Задачей внедрения полезной модели является облегчение прохода портовых буксиров через ледовый покров разной толщины в портовых водах.
Задача разрушения льда для прохода буксира решается установкой ледовых зубьев в форме четырехугольной пирамиды двумя ребрами по вертикали и основанием на корпусе судна по обоим бортам от наклонного форштевня на носовых обводах корпуса по ватерлинии, причем размер и количество ледовых зубьев, их размещение зависят от размеров носовых обводов буксира, его типа и толщины льда по району плавания, чтобы можно было разрушить лед на ширину цилиндрической части корпуса для его свободного прохода и предотвращения заклинивания в канале. Для возбуждения вертикальных колебаний корпуса в носовой оконечности на палубе или в отсеке устанавливают вдоль корпуса вертикально маховик со смещенным центром тяжести с приводом от элдвигателя с регулируемым числом оборотов. Масса маховика и обороты вращения выбираются исходя из размеров буксира и периода его свободных колебаний в диаметральной плоскости. При вращении маховика нос буксира начнет подниматься и опускаться и при резонансе амплитуда колебаний будет максимальная, что обеспечит разрушения ледяного покрова на всю толщину. При отсутствии льда маховик может сниматься на берег для хранения и проведения техобслуживания.
Наиболее рациональное положение ряда ледовых зубьев для каждого типа буксира выбирается дифферентом перед началом прохода через ледовый покров так, чтобы зубья входили в лед, а изменением числа оборотов маховика добиваются резонанса колебаний и приближаются к ледовому покрову. Ударное по вертикали давление узких ребер ледовых зубьев значительно выше, чем широкого форштевня и обшивки корпуса, поэтому лед разрушается зубьями легче, образуя небольшие фрагменты по сравнению с массивными льдинами от воздействия форштевня и обшивки.
На фиг. 1- носовая часть сбоку: 1 - ватерлиния на уровне поверхности воды, 2 - ледовые зубья, 3 - носовой отсек установки маховика, 4 - маховик со смещенным центром тяжести, 5 - возможный вертикальный вид льдины.
На фиг. 2 - горизонтальный вид плоскости ватерлинии носовой части:
1- ватерлиния на уровне поверхности воды, 2 - ледовые зубья.
Улучшенное фрагментарное разрушение льда происходит следующим образом (симметрично обе стороны):
при подходе наклонного форштевня судна к льдине первый ледовый зуб может оказаться как сверху, так и снизу льда, который разрушается движением зуба с корпусом вниз или вверх и обшивкой выдавливается в сторону;
второй зуб ряда подходит ко льду и движением корпуса вверх или вниз разрушает покров на большем расстоянии от диаметральной плоскости судна, и лед выдавливается в сторону, ледовый канал расширяется;
следующие зубья ряда подобным образом расширяют канал по ширине корпуса, нижний слабый слой льда выдавливается корпусом под ледовый покров.
В результате вертикального ударного действия раздельных ледовых зубьев на лед происходит его фрагментарное разрушение и выдавливание корпусом под лед при движении буксира. При разрушении льда зубьями нет образования за буксиром крупных льдин, представляющих опасность для следующих в канале под проводкой транспортных средств. Такое фрагментарное разрушение массива льда ударными резонансными колебаниями не требует дополнительной мощности силовой установки, как при разбивании значительного массива льда по всей толщине одним широким форштевнем в одном месте. Кроме этого при движении в толстом льду нет выхода носовой части корпуса на лед, заклинивания и остановки буксира. При работе винтов - один вперед, второй назад, буксир стремится развернуться и может ломать лед носовой частью с зубьями в сторону, расширяя канал одним бортом. При подобной установке ледовых зубьев и на кормовых обводах разрушение льда будет с двух сторон буксира по кругу.
Ледовые зубья не представляют опасности при маневрах, швартовке судна к причалу или к другому судну бортом, потому что расположены на носовых обводах ниже ватерлинии и не выходят за цилиндрическую часть корпуса.
Устанавливать маховик и ледовые зубья можно на действующие буксиры т.к. это не требует разработки новой конструкции корпуса, а необходимо только местное подкрепление набора и обшивки, повреждение нескольких зубьев не приводит к выводу судна из эксплуатации, их замена или ремонт возможны при соответствующем крене и дифференте буксира на плаву.