УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ В ТАНКАХ

Полезная модель относится к судостроению, в частности к танкерам морского, речного и смешанного плавания для перевозки нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов и жидкостей различного назначения.
Известен нефтяной танкер (JP 6298172 [1]), содержащий двойной корпус с танками и балластными отсеками в бортах и имеющий гаситель колебаний жидкости в танках в виде горизонтальных гофрированных элементов, разделяющих танки по высоте на две части, расположенные одна над другой, в которые помещают нефть. Недостатком известного средства гашения колебаний жидкости в танках является малая эффективность и сложность реализации.
Известен танкер, содержащий двойной корпус с танками и балластными отсеками в бортах и днище, рулевую рубку, трубопроводы погрузки-разгрузки нефти или нефтепродуктов с насосным оборудованием, трубопроводной арматурой и устройства гашения колебаний нефти или нефтепродуктов в танках и/или балластных отсеках, которые выполнены в виде гофрированных непроницаемых продольных и поперечных переборок, содержащих, по крайней мере, один близкий к направлению нормали к плоскости переборки и близкий к направлению нормали к продольному направлению гофр пассивный гаситель колебаний жидкости, содержащейся в танке и/или балластном отсеке (RU 2303553 [2]). Недостатком известного средства гашения колебаний жидкости в танках является малая эффективность.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является танкер, известный из описания к JP 8295286 [3], танки которого снабжены средством для гашения колебаний жидкости в них. Танки снабжены набором структурных элементов, приваренных к перегородке. Элементы представляют собой вертикальные металлические полосы, верхние концы которых изогнуты к середине танка до горизонтального положения. Ниже начала изгиба к полосам приварены L-образные элементы из труб.
Недостатком известного средства гашения колебаний жидкости в танках является малая эффективность их устранения.
Заявляемый в качестве полезной модели танкер направлен на повышение эффективности гашения колебаний жидкости в танках.
Указанный результат достигается тем, что устройство для гашения колебаний жидкости в танках выполнено в виде установленного по крайней мере одного, на каждой передней и задней и/или на каждой боковой стенке танков, отклоняющего элемента, огибающая которого выполнена в виде криволинейной поверхности, обращенной вогнутостью к основанию стенки танка, при этом прилегающая к стенкам часть выполнена сплошной, а периферийная, отстоящая от стенки танка - в виде 3-5 горизонтально ориентированных стержней или труб, параллельных стенкам танков, при этом касательная плоскость к верхним точкам криволинейной поверхности наклонена внутрь танка на 7-12° относительно горизонта.
Указанный результат достигается также тем, что горизонтально ориентированные стержни или трубы выполнены одинакового диаметра.
Указанный результат достигается также тем, что горизонтально ориентированные стержни выполнены переменного диаметра, увеличивающегося по мере удаления от кромок отклоняющих элементов к стенке танка, при этом расстояние между стержнями также выполнено переменным, увеличивающимся от стержней - кромок отклоняющего элемента к стенке танка.
Указанный результат достигается также тем, что расстояние между соседними стержнями равно диаметру предыдущего стержня по направлению от кромок отклоняющих элементов к стенке танка
Указанный результат достигается также тем, что на передней и задней стенках танков установлено по несколько отклоняющих элементов на разной высоте от дна танка.
Указанный результат достигается также тем, что передняя кромка отклоняющих элементов установлена на высоте стандартного наполнения танка H и расстояниях 0,5 H и 0.3 H от дна танка.
Установка по крайней мере одного, на каждой передней и задней и/или на каждой боковой стенке танков, отклоняющего элемента, огибающая которого выполнена в виде криволинейной поверхности, обращенной вогнутостью к основанию стенки танка обеспечивает поворот потока жидкости и переформирование всплеска в наклонное струйное течение, взаимодействующее с волнением и гасящее все компоненты, в том числе и наиболее опасную низкочастотную составляющую, вовлекающую в синхронизованное движение основную часть жидкости в танке.
При этом возможны три варианта закрепления по крайней мере одного отклоняющего элемента на каждой из стенок танков - только на передней и задней, только на обеих боковых стенках танков или по всей боковой поверхности: на передней, задней и боковых стенках танков.
Выполнение прилегающей к стенкам части отклоняющего элемента сплошной, а периферийной, отстоящей от стенки танка, в виде 3-5 горизонтально ориентированных стержней или труб, параллельных стенкам танков удлиняют время и длину области взаимодействия волногасящего элемента с гребнем волны в танке, уменьшают величину пиковых силовых нагрузок на стенки танка и вероятность формирования больших размахов для наиболее опасных низших мод колебаний взаимодействия.
Касательная плоскость к верхним точкам криволинейной поверхности должна быть наклонена внутрь танка на 7-12° относительно горизонта. Наклон необходим для того, чтобы обеспечить эффективный поворот струи и ее ориентацию внутрь танка с целью повышения эффективности взаимодействия струйных компонент индуцированного течения, волнения и сопровождающего волнение течения, и удлинения размера области взаимодействия струй, с целью повышения его эффективности. При этом, при углах меньших 7°, значительная часть энергии струи будет расходоваться на формирование капель и пены на гребнях волн, а при углах больше чем 12° струя будет попадать на дно, что уменьшит эффективность ее взаимодействия с поверхностным волнением.
В частных случаях реализации допустимо, чтобы горизонтально ориентированные стержни или трубы были выполнены одинакового диаметра, что упрощает изготовление отклоняющего поток дефлектора и удешевляет производство. В другом случае, для более эффективного уменьшения пиковых нагрузок целесообразно устанавливать горизонтально ориентированные трубы или стрежни различного диаметра, увеличивающегося по мере удаления от внешнего края кромок отклоняющих элементов к стенке танка. При этом расстояние между стержнями также может быть выполнено переменным, увеличивающимся от стержней (труб) - кромок отклоняющего элемента к стенке танка, что обеспечивает более плавное увеличение нагрузки при накате волны на стенку и дефлектор. Если расстояние между соседними стержнями равно диаметру предыдущего стержня по направлению от внешнего края дефлектора к по направлению от внешнего края дефлектора к стенке танка, то снижается эффективность его действия, вследствие интерференции формирующихся донных вихрей и следов.
Установка на передней и задней стенках танков по несколько отклоняющих элементов на разной высоте от дна танка позволяет повысить эффективность гашения колебаний жидкости в случае неполного заполнения танка. В последнем случае пустое пространство способствует разгону колебаний жидкости, росту максимального размаха и гидростатической нагрузки на стенки танка, которая может превысить критическое значение и привести с завалу (опрокидыванию) судна. При этом, если передняя кромка отклоняющих элементов будет установлена на высоте стандартного наполнения танка и расстояниях 0,5 H и 0.3 H от дна танка, где H - высота стандартного наполнения танка, то будет достигнута максимальная эффективность подавления формирующихся колебаний. При таких высотах отражающие элементы будут работать практически во всем диапазоне условий заполнения, поскольку колебания малых объемов жидкости при тонкослойном заполнении не представляют большой опасности.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примерами реализации и чертежами.
Танкер содержит корпус с танками и балластными отсеками, рулевую рубку, трубопроводы погрузки-разгрузки жидких продуктов с насосным оборудованием, трубопроводной арматурой, двигательную установку и средства гашения колебаний жидкости в танках. Поскольку полезная модель направлена на гашение колебаний, то на чертежах и в примерах реализации будет показано только устройство танков со средствами гашения колебаний.
На фиг.1 схематично показана конструкция отклоняющего элемента (а - поперечное сечение танка, б - вид сверху).
На фиг.2 схематично показан вариант установки отклоняющих элементов на каждой передней и задней стенках, вид сверху
На фиг.3 схематично показан вариант установки отклоняющих элементов в танке только на боковых стенках, вид сверху.
На фиг.4 схематично показан вариант установки отклоняющих элементов в танке на каждой передней, задней стенках и на боковых стенках, вид сверху.
На фиг.5 схематично показан вариант установки отклоняющих элементов в танке на разной высоте от дна танка
Пример 1. Отклоняющий элемент устанавливается на стенке 1 танка на некотором расстоянии от дна 2 танка. Прилегающая к стенкам часть 3 отклоняющего элемента выполнена сплошной, а периферийная, отстоящая от стенки танка - в виде горизонтально ориентированных стержней или труб 4, параллельных стенке танка. Касательная плоскость 5 к верхним точкам криволинейной поверхности наклонена внутрь танка на угол (β=7-12° относительно горизонта. Длина полки отклоняющего элемента составляет 0.5-1.5 м в зависимости от размеров и ожидаемых эксплуатационных условий.
Пример 2. В танке (см. фиг.2), на каждой передней и задней стенках 1, устанавливаются, на некотором расстоянии от дна 2 танка, отклоняющие элементы. Прилегающая к стенкам часть 3 отклоняющего элемента выполнена сплошной, а периферийная, отстоящая от стенки танка - в виде горизонтально ориентированных стержней или труб 4, параллельных стенке танка. Жидкость, находящаяся в танке, под действием внешних возмущений, возникающих на волнении или при смене курса, приходит в движение и в танке начинают формироваться продольные колебания уровня, которые постепенно начинают усиливаться вследствие нелинейного взаимодействия. При набегании на препятствия (трубы или стержни) препятствия гребень волны разбивается, уменьшается степень коррелированность скоростей и интенсивность воздействия набегающего волнения на стенку танка, а следовательно, и величина пиковых нагрузок на боковые стенки танка. Наклонная часть отклоняющих элементов поворачивает течение и формирует нестационарную наклонную струю. Взаимодействия колеблющейся в танке жидкости с элементами конструкции волногасителя и формирующейся струей приводят к формированию струй и интенсивных вихрей, которые поглощают энергию организованного колебательного движения (включая наиболее крупномасштабные колебания и волны) и достаточно быстро переводят ее в тепловую. Таким образом, волногаситель разрушает большие колебания в танке при их возникновении при большой качке судна и не позволяет формироваться большим колебаниям вследствие резонансных взаимодействий случайных волн при движении судна на волнении
Пример 3. В танке (см. фиг.3), на каждой из боковых стенок 1, устанавливаются, на некотором расстоянии от дна 2 танка, отклоняющие элементы. Прилегающая к стенкам часть 3 отклоняющего элемента выполнена сплошной, а периферийная, отстоящая от стенки танка - в виде горизонтально ориентированных стержней или труб 4, параллельных стенке танка. При движении танкера жидкость, находящаяся в танке, под действием внешних возмущений, возникающих на волнении или при смене курса, приходит в движение, и в танке начинают формироваться поперечные колебания уровня, которые могут усиливать поперечную качку судна. При набегании волны на трубы или стержни отбойника гребни волн (возвышения уровня) разбиваются, уменьшается масштаб коррелированность течений жидкости и интенсивность воздействия волнения на боковую стенку танка, а, следовательно, и величина опрокидывающих судно пиковых нагрузок и моментов. Наклонная часть отклоняющих элементов поворачивает импульс течения, который около вертикальной стенки ориентирован вертикально, и формирует нестационарную наклонную струю. В результате взаимодействия колеблющейся в танке жидкости с отклоняющими элементами формируются поперечные струи и интенсивные вихри, которые поглощают энергию организованного колебательного движения (включая наиболее крупномасштабные колебания и волны) и переводят ее в тепловую.
Пример 4. В танке (см. фиг.4), на каждой передней, задней стенках и на боковых стенках 1 устанавливаются, на некотором расстоянии от дна 2 танка, отклоняющие элементы. Прилегающая к стенкам часть 3 отклоняющего элемента выполнена сплошной, а периферийная, отстоящая от стенки танка - в виде горизонтально ориентированных стержней или труб 4, параллельных стенке танка.
При движении танкера, колебания жидкости находящейся в танке также, как и взаимодействие с дефлекторами на боковых стенках будут трансформироваться в струйные течения, ограничивающие рост их амплитуды, и вихри, способствующие затуханию волн
Пример 5. В танке (см. фиг.5), на каждой передней и задней и/или на каждой боковой стенке устанавливаются, на разном расстоянии от дна 2 танка, отклоняющие элементы (состоящие из сплошной части 3 и в виде горизонтально ориентированных стержней или труб 4, параллельных стенке танка). В этом случае будут гасится все компоненты колебаний жидкости - продольные, поперечные и смешанные. При этом, для уменьшения резонансных эффектов при конструировании выбираются некратные отношения продольных и поперечных размеров танков.