ПЛАВУЧИЙ МОРСКОЙ ОБЪЕКТ

Полезная модель относится к плавучим морским сооружениям и может быть использована для кораблей, судов, а также объектов морской техники с корпусами из стали или железобетона и надстройками, выполненными из алюминиевых сплавов.
Известен плавучий морской объект, с корпусом из железобетона - композиционного материала, состоящего из бетона и стальных конструктивных элементов (арматуры) и с железобетонными надстройками (патент РФ №169063).
2
В соответствии с нормативными требованиями на морских объектах металлические части корпуса должны иметь надежное электрическое соединение (заземление) с наружной металлической обшивкой (Российский морской регистр судоходства, часть XI, п. 1.2.1). Поскольку железобетонный корпус является, по существу, электрически непроводящим, то для его заземления используется специальный медный лист площадью не менее 0,5 м и толщиной не менее 2 мм, прикрепленный к наружной обшивке на уровне ниже ватерлинии при наименьшей осадке (Российский морской регистр судоходства, часть XI, п. 2.6.4.3).
Большая масса железобетонной настройки обуславливает повышенные требования к жесткости и несущей способности корпуса, что приводит к увеличению материалоемкости и снижению подвижности морского объекта в целом.
Уменьшение массы плавучего морского объекта может быть обеспечено при выполнении надстроек из алюминиевых сплавов. При этом возникает необходимость установки этих надстроек на закладных деталях - специальных стальных конструкциях, связанных со стальной арматурой железобетонного корпуса. Для такого соединения используются биметаллических вставки, описанные, например, в патенте РФ №1672711. Однако это техническое решение ограничивает срок эксплуатации плавучего морского объекта из-за усиленных коррозионных процессов, возникающих при увлажнении надстройки и корпуса при волнении моря и выпадении осадков, а также при конденсации влаги и тумана в дисперсном слое над поверхностью воды. Указанный эффект связан с тем, что сопряженные участки корпусных конструкций, а именно: надстройка, выполненная из алюминиевого сплава, и металлические конструкции корпуса, выполненные из стали, при их увлажнении оказываются в проводящей среде или под проводящей пленкой. При этом на сопряженных смоченных участках корпусных конструкций, выполненных из металлов, имеющих различающиеся по величине электродные потенциалы (для стали и алюминия соответственно -0.75 В и -0.47 В), возникает контактная коррозия. Для этого вида коррозии характерны резкая дифференциация участков металлических поверхностей на анодные и катодные зоны и ярко выраженная зависимость скорости коррозионных разрушений от удаления рассматриваемого участка до границы разнородных металлов [Иоссель, Ю.Я. Расчет и моделирование контактной коррозии судовых конструкций. / Ю.Я. Иоссель, Г.Э. Кленов, Р.А. Павловский - Ленинград. - Судостроение, 1979]. При этом преимущественно происходит коррозионное разрушение корпусных конструкций надстройки, которые являются анодом в рассматриваемой двухэлектродной гальванической системе.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является плавучий морской объект, содержащий корпус со стальными корпусными конструкциями, надстройку, выполненную из алюминиевого сплава, и узел крепления корпуса с надстройкой (патент РФ 64588).
На этом морском объекте, как и на всех стальных судах с надстройками из алюминиевых сплавов, заземлителем являются стальные корпусные конструкции обшивки, непосредственно контактирующие с забортной водой, а соединения корпусных конструкций надстроек со стальными конструкциями корпуса выполнены через упомянутые выше биметаллические вставки. Биметаллические вставки электрически соединяют корпусные конструкции корпуса и надстройки и обеспечивают уравнивание потенциалов, необходимое в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок 7-е издание 2002 г., Санкт-Петербург) по обеспечению электробезопасности размещаемого оборудования (см. раздел 1, рисунок 1.7.7).
Однако и этому морскому объекту присущи недостатки, заключающиеся в ограничении срока его эксплуатации при увлажнении корпуса с нижней частью надстроек. Это происходит из-за контактной коррозии, которая связана с электрохимическими процессами между двумя электрически соединенными разнородными металлами в среде морской воды, содержащей большое количество растворенных солей, обуславливающих ее электрическую проводимость. При этом также имеет место процесс образования электропроводящей солевой пленки на электрически разъединяемых корпусных конструкциях из стали и алюминиевых сплавов. Электропроводящая пленка приводит к повышению электрической проводимости между конструкциями корпуса и надстройки, а соответственно к усилению коррозионных процессов и повышенному коррозионному разрушению корпусных конструкций надстройки.
Указанные обстоятельства в целом ограничивают эффективность длительной эксплуатации известного морского объекта, так как требуют специальных конструктивных и организационных мероприятий по обеспечению противокоррозионной защиты, а электрическое разъединение стального корпуса и надстройки, выполненной из алюминиевых сплавов недопустимо с точки зрения обеспечения электробезопасности размещенного в них электрооборудования.
Задача, решаемая полезной моделью - повышение эффективности длительной эксплуатации плавучего морского объекта со стальными элементами корпуса и надстройкой из алюминиевых сплавов за счет уменьшения интенсивности коррозионных процессов при обеспечении электробезопасности смонтированного на плавучем объекте электрооборудования.
Поставленная задача решается за счет того, что плавучий морской объект, содержащий корпус со стальными конструктивными элементами и закрепленную на нем надстройку, корпусные конструкции которой выполнены из алюминиевого сплава, узлы механического крепления корпуса с надстройкой и электрооборудование, размещенное в корпусе и надстройке, имеет следующие отличия - надстройка закреплена на корпусе через электрически изолирующие прокладки, а ее корпусные конструкции подключены изолированным от стальных конструктивных элементов корпуса проводником по меньшей мере к одному изолированному от корпуса металлическому листу, расположенному ниже ватерлинии.
Кроме того, на прилежащие к ним смежные участки поверхности стальных конструктивных элементов и корпусных конструкций надстройки нанесено электроизолирующее покрытие.
Указанный технический результат обеспечивается только при совокупности отличительных признаков.
Так использование только одного электрического разъединения корпусных конструкций надстройки и корпуса электроизолирующими прокладками без уравнивания потенциалов недопустимо с точки зрения электробезопасности.
Заземление корпусных конструкций надстройки металлическим листом, изолированным от корпуса плавучего сооружения, если отсутствует электрическое разъединение их с корпусом плавучего объекта, не имеет технического смысла, так как не влияет на функционирование гальванической пары, обуславливающей коррозионные процессы
Аналогично, использование изолирующего покрытия узла соединения корпусных конструкций надстроек со стальными конструкциями корпуса с упомянутыми выше биметаллическими вставки также не влияет на образование гальванической пары, обуславливающей коррозионные процессы.
Заземление корпусных конструкций надстройки металлическим листом, расположенным ниже ватерлинии, через изолированный от стальных конструктивных элементов корпуса проводник, подключенный к корпусным конструкциям надстройки без использования электроизолирующего покрытия смежных участков поверхности стальных конструктивных элементов и корпусных конструкций надстройки обуславливает шунтирующее влияние проводящей среды, которое недопустимо снижает эффективность защитного действия электрического разъединения из-за высокой проводимости среды между находящимися в непосредственной близости (порядка 0,05-0,3 м) к поверхностями металлических конструкций относительно удаленных участков их поверхностей, особенно в условиях воздействия солевых пленок.
Таким образом, указанный выше технический результат достигается только при сочетании указанных признаков, характеризующих полезную модель
Указанное исполнение плавучего морского объекта в целом обеспечивает повышение эффективности его эксплуатации за счет увеличения коррозионной стойкости надстройки при обеспечении электробезопасности размещаемого на объекте электрооборудования.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком, где на фиг. 1 плавучий морской объект, на фиг. 2 - узел крепления его корпуса и надстройки, на фиг. 3 - график зависимости сопротивления растекания электрического тока забортного заземлителя в забортной среде. Плавучий морской объект конструктивно выполнен составным - содержит корпус 1 со стальными конструктивными элементами 2 и закрепленную на нем узлами механического крепления 3 надстройку 4, корпусные конструкции которой выполнены из алюминиевого сплава. В помещениях корпуса 1 и надстройки 4, размещено электрооборудование 5, состав которого определяется назначением объекта. Узлы механического крепления 3 выполнены с электрически изолирующими надстройку 4 от корпуса 1 прокладками 6. На узлы механического крепления 3 а также, по меньшей мере, на прилежащие к ним смежные участки поверхности стальных конструктивных элементов 2 и корпусных конструкций надстройки 4 нанесено электроизолирующее покрытие 7. Плавучий морской объект содержит по меньшей мере один, дополнительный изолированный от корпуса заземлитель 8, выполненный из металлического листа, расположенного ниже ватерлинии, к которому, изолированным от стальных конструктивных элементов 2 корпуса 1 проводником 9, подключены корпусные конструкции надстройки 4.
При реализации заявленного технического решения на железобетонных плавучих доках, дебаркадерах и тому подобных морских плавучих объектов с надстройками и сооружениями из алюминиевых сплавов, уравнивание потенциалов, предусмотренное действующими нормами ПУЭ, реализуется на плавучем морском объекте контактом через расположенные в морской воде заземлитель 8 и стальные конструктивные элементы 2 (в том числе наружную обшивку корпуса 1) и электрическую проводимость воды. Разность потенциалов разъединенных корпусных конструкций при этом не оказывает отрицательного влияния на электробезопасность плавучего морского объекта, так как не превосходит долей вольта, а за счет узла электрического разъединения металлических конструкций корпуса 1 и надстройки 4, гальванические токи оказываются предельно уменьшенными до величин, не вызывающих усиленных процессов электрохимической коррозии.
Расчетная оценка электрического сопротивления устройств, заземляющих корпусные конструкции, была произведена с использованием метода конечных элементов в программном пакете COMSOL Multiphysics версии 5.3а. Из графика, приведенного на фиг. 3, видно, что даже при минимальной солености воды электрическое сопротивление между надстройкой и стальными конструкциями (наружной обшивкой) корпуса не превосходит величины порядка 3 Ом. Эта величина лежит в пределах допуска, регламентированного п. 1.7.104 ПУЭ, согласно которому, с точки зрения электробезопасности не требуется принимать во внимание значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом.
Предлагаемое техническое решение конструкции морского плавучего объекта позволяет сократить эксплуатационные расходы на обеспечение противокоррозионной защиты объекта, в том числе и за счет снижения требований к обслуживанию таких средств защиты от коррозии, как протекторная и катодная защита.