СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ОСАДКИ СУДНА ДЛЯ ПРОХОДА ПО МЕЛКОВОДЬЮ
SHIP DRAFT CONTROL SYSTEM FOR PASSAGE IN SHALLOW

Изобретение относится к области судостроения, в частности к плавучим грузовым средствам, и может быть использовано для грузовых перевозок по мелководным участкам рек, каналов, прибрежных зон.
В силу своих географических особенностей освоение Крайнего Севера влечет решение вопроса о грузоперевозках. На вечной мерзлоте строительство капитальных дорог - дело очень сложное. Возможности традиционных местных авиаперевозок ограничены. Эксплуатация воздушных судов с большей дальностью полета требует строительства крупных аэропортов. В советское время наравне с развитием северной авиации большое значение придавалось водному транспорту, и все же даже тогда не получилось сформировать транспортную систему круглогодичного действия. На сегодняшний день остается актуальной задачей грузовых перевозок по внутренним рекам. Однако, при осуществлении грузоперевозок, имеются факторы, препятствующие движению судов по внутренним водным путям в виду мелководья, песчаных отмелей, сезонных колебаний уровня воды, низменностей, ледяных потоков и т.д., что требует разработки способов и систем, направленных на уменьшение осадки грузового судна. Анализ предшествующего уровня техники позволяет выделить следующие направления рассматриваемой области, решающие так или иначе данную задачу.
Так, для уменьшения осадки применяют следующие решения.
Мелкосидящее буксирное судно с большими тяговыми усилиями на швартовых и повышенной маневренности, за счет двухвинтовой схемы с расположением винтов с насадками в туннелях, сформированных в днище судна. Вращение винтов осуществляют в разных направлениях (полезная модель RU 64584, публик. 10.07.2007)
Малотоннажные самоходные баржи с малой осадкой (патент на изобретение RU 2349528, публик. 20.03.2009).
Двухкорпусные надувные маломерные суда имеют надувные борта и надувное днище (патент на изобретение RU 2591557, публик. 20.07.2016).
Маломерные суда на воздушной подушке. Для получения дополнительного давления газовоздушной струи для скоростного судна на пневмопотоке под днище, имеющего корпус с движительной установкой, создают давление воздуха под днищем судна. Днище выполняют из частей, размещенных под различными углами, и само днище оборудуют боковыми скегами. Дополнительно оборудуют продольными напорными каналами, выполненными в виде полых труб из легкого алюминиевого сплава (патент на изобретение RU 2695712, публик. 25.07.2019).
Грузовой кессон, содержащий двойное днище, двойные борта, двойную палубу, внутренние переборки и балластные отсеки, со встроенными самонесущими грузовыми емкостями. Уменьшение осадки при буксировке осуществляется за счет конструкции открытых бункеров, представляющих собой отдельные водоизмещающие отсеки, выполненные с внешней стороны, по периметру основного корпуса кессона (патент на полезную модель RU 161381, публик. 20.04.2016).
Плавсредство, содержащее связанные грузовой платформой параллельно друг другу поплавки в виде труб, внутри разделенные на две герметичные камеры и оборудованные системой сжатого воздуха (см. заявку Японии N 3-32514 от 28.07.84 по МКИ 5 В63С 1/02). Получение большой подъемной силы посредством водоизмещающих поплавков влечет за собой большие затраты материальных средств.
Плавсредство, включающее связанные между собой параллельно друг другу корпуса, оборудованные системой сжатого воздуха, отличающееся тем, что корпуса выполнены негерметичными в виде закрытых с торцев и расположенных вниз открытой частью, например, полуцилиндров, при этом связи между ними являются частью системы сжатого воздуха. Использование гидростатического закона воды и сжатого воздуха, нагнетаемого в пространство между водой и внутренней поверхностью негерметичных, закрытых с торцов корпусов позволяет эффективно получать при меньших затратах материальных средств, живого труда и времени регулируемую по величине подъемную силу для изменения осадок как самого устройства, так и всего комплекса (заявка на изобретение RU 94008626, публик. 27.08.1996).
Использование плавучих резервуаров (заявка CN 201228075, публик. 29.04.2009) в устройстве для управления движением судов. Резервуары расположены на двух сторонах внутренней части корпуса судна, и приводятся в движение гидравлическим масляным цилиндром до выступания в направлении с двух сторон корпуса судна, или с установкой внутри корпуса, чтобы изменить осадку.
Крупнотоннажное прямое транспортное судно Haihe с устройством подъема и опускания носовой части (заявка CN 200957882, публик. 10.10.2007), Устройство регулировки осадки судна имеет сложную конструкцию, высокую стоимость и неудобную обработку, а также трудно непосредственно применять к обычным судам.
Суда с плоскими обводами днища. Подобные суда имеют наименьшую осадку и большую по сравнению с другими судами грузоподъемностью (Евразийский патент 01 1938, публик. 30.06.2009), однако применять их на внутренних мелководных реках невозможно.
Длинное широкое однокорпусное судно для контейнерных перевозок по внутренним рекам. Включает изогнутый нос. Встроенные носовые и кормовые подруливающие устройства могут обеспечить повышенную безопасность, контроль, скорость, маневренность и возможность радиуса нулевого поворота. Электрическая силовая установка в сочетании с тяговыми двигателями и кормовым расположением балки может обеспечить большую мощность, сохраняя при этом способность работать с малой тягой и гибкость конструкции грузового отсека (заявка WO 2018081574, публик. 03.05.2018).
Подвешивание понтонов к корпусу транспортируемого судна (патент на изобретение RU 2582562, публик. 27.04.2016). Подъемная сила создается путем предварительного притапливания понтонов до нужной осадки, затем после завершения монтажных работ по креплению понтонов между собой и судном вода из понтонов выкачивается насосами или продувается сжатым воздухом. Большая часть монтажных работ выполняется вручную с постоянным участием водолазов в сложных и небезопасных условиях и занимает много времени.
Транспортировка груженого или выгруженного грузового или пассажирского судна по водному пространству, глубина которого меньше, чем осадка судна, невозможна с помощью перечисленных известных решений. Необходима разработка специальных технических систем и средств.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по решаемой задаче и количеству сходных признаков является система регулирования осадки судна для прохода по мелководью, глубина воды которого меньше осадки судна, в частности по каналу (патент DE4417322, публик. 23.11.1995). Данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога. К днищу судна прикреплен уплотнительный узел для воздействия на дно судна избыточным давлением, превышающим давление воды канала, при этом избыточное давление между днищем судна и руслом канала поднимает судно на соответствующую высоту водяного столба и тем самым позволяет осуществлять транспортировку по каналу. Уплотнительный узел состоит, по существу, из всасывающей полосы на днище судна, с интегрированной в нее всасывающей линией, которая соединена с газожидкостным насосом, и по меньшей мере с одним всасывающим воздушным шлангом, который также соединен с газожидкостным насосом, причем к воздушному шлангу прикреплена уплотнительная полоса, которая контактирует с каналом во время транспортировки судна.
Недостатком ближайшего аналога является то, что такую систему можно применить только для прохода в искусственных каналах, а в условиях ограниченной глубины фарватера на мелководье это приводит к необходимости снижения расчетной осадки судна и, неизбежной потере его грузоподъемности. Кроме того, данное техническое решение сложно в практической реализации.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных возможностей грузового судна для транспортировки по мелководью.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в системе регулирования осадки судна для прохода по мелководью, включающей герметичную емкость с газообразным рабочим телом, соединенную посредством трубопроводов с насосом для нагнетания и регулирования давления газообразного рабочего тела в емкости в зависимости от глубины водного пути, новым является то, что в качестве герметичной емкости используют аэростат, который оснащен устройством управления подъемной силой аэростата, а в качестве рабочего тела - гелий, водород или горячий воздух.
Применение аэростата с устройством управления его подъемной силой позволяет обеспечить изменение осадки позволяет упростить конструкцию и управление изменением подъемной силой, позволяет увеличить грузоподъемность, благоприятно влиять на развитие транспортных перевозок по внутренним мелководным рекам.
На чертеже схематично представлено заявляемое устройство, где: 1 - судно, 2 - аэростат Грузовое судно для транспортировки углеводородов с места добычи по внутренним рекам включает систему регулирования осадки, представляющую собой герметичную емкость с газообразным рабочим телом, соединенную посредством трубопроводов с насосом для нагнетания и регулирования давления газообразного рабочего тела в емкости в зависимости от глубины водного пути. Герметичная емкость представляет собой аэростат, который оснащен устройством управления подъемной силой в виде дренажно-заправочного клапана. В существующих аэростатах, их грузоподъемность полностью зависит от параметров подъемной силы несущего газа и его количества, находящегося во внутреннем объеме корпуса-оболочки данного аэростата. Можно использовать в качестве рабочего тела гелий - попутный газ, высвобождающийся при извлечении углеводородов. Кроме гелия, можно использовать водород или нагретый атмосферный воздух, закачиваемый, например, из наземных емкостей для создания аэростатического подъема. Например, при нормальных атмосферных условиях, один кубический метр водорода имеет подъемную силу в 1,2 кг, а гелия 1,05 кг. Изменение температурных погодных условий (солнце или холод), воздействует на управление аэростатом. При нагреве гелия, например, до 100°С подъемная сила его кубического метра возрастает до 1,37 кг, а при охлаждении она соответственно резко падает (см. книгу Ю. Бойко, В. Турьян. Голубая мечта человечества. М.: Машиностроение, 1991, с. 45), поэтому необходимо учитывать температурный режим.
Изобретение позволяют осуществлять ускоренное и эффективное изменение осадки судна при прохождении по мелководью. Для этого рассчитывают количество газа и его температуру, необходимые для достижения требуемой осадки и заполняют им аэростат 2, обеспечивающий поднятие судна 1 аэростатической силой и уменьшения осадки. Опускание судна и увеличения осадки производят путем стравливания газа в атмосферу и уменьшения аэростатической силы. При движении грузового судна, кроме архимедовой силы возникает подъемная сила, что способствует проводки судна по мелководью.
Проект с аэростатом способен решить не только проблемы доставки грузов в регион, но и коренным образом изменить транспортную систему и сам подход, сложившийся в логистике северных территорий, и придать мощный экономический импульс развитию Крайнего Севера.