Ледокольное судно
ICEBREAKING VESSEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к ледокольному судну для эксплуатации в акватории с поверхностью воды на уровне моря, причем указанное судно содержит корпус с днищем, носовой частью и кормовой частью, при этом носовая часть содержит переднюю наклонную верхнюю носовую часть, бульбообразную нижнюю носовую часть с корневым сечением бульба в заданном положении бульбообразной нижней носовой части в продольном направлении судна и промежуточную носовую часть между передней наклонной верхней носовой частью и бульбообразной нижней носовой частью, причем ледокольное судно выполнено с конструктивной ватерлинией, верхней ледовой ватерлинией и нижней ледовой ватерлинией согласно ограничительной части п. 1. Настоящее изобретение также относится к способу эксплуатации ледокольного судна согласно ограничительной части п. 8.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известно, что сопротивление и, следовательно, потребление энергии и расход топлива в морских судах могут быть снижены путем установки бульбооразного тела, так называемого бульбообразного носа, в носовой части судна. Бульбообразный нос, имеющий соответствующую конструкцию, влияет на создаваемую судном систему волн таким образом, что уменьшаются потери энергии. Пример может быть найден, например, в ЕР 2391533 В1, в котором бульбообразный нос выполнен для условий открытой воды.
[0003] Обычно бульбообразные носы не считаются подходящими для судов, работающих в ледовой обстановке. Однако в последнее время суда, предназначенные для эксплуатации в ледовитых водах, т.е. в ледовой обстановке, конструируются с бульбообразными носами. Примеры могут быть найдены, например, в KR 20120139268, KR 20080107070 и KR 20060039270. Однако конструкции этих известных судов представляют компромисс с точки зрения желания и необходимости иметь судно, которое можно эксплуатировать как в открытой воде, так и в ледовой обстановке. Ледовая обстановка накладывает некоторые ограничения на конструкцию предпочтительно имеющего обтекаемую форму бульбообразного носа. Как следствие, характеристики известных судов с бульбообразными носами не соответствуют ни хорошо выполненному бульбообразному носу для открытой воды, ни хорошо выполненному ледокольному носу.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Задача настоящего изобретения состоит в преодолении недостатков уровня техники и обеспечения создания ледокола, способного эффективно работать в условиях тяжелого, умеренного и тонкого льда, а также в обеспечении того, чтобы эксплуатационная эффективность в открытой воде не ухудшалась. Эта задача может быть решена путем создания ледокольного судна по п. 1.
[0005] Основная идея изобретения состоит в том, чтобы сконструировать морское судно, которое имеет эффективные характеристики, когда судно требуется для ледокольных операций в различной ледовой обстановке, и которое имеет эффективные характеристики, когда судно требуется для эксплуатации в открытой воде. Отправной точкой такой конструкции является конструктивная ватерлиния. Судно выполнено таким образом, что верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части находится на поверхности воды или вблизи нее, когда судно эксплуатируется с погружением по конструктивную ватерлинию, так что нижняя поверхность бульбообразной нижней носовой части расположена таким образом, что проникает сквозь поверхность воды, когда судно эксплуатируется с погружением по нижнюю ледовую ватерлинию, и так что передняя наклонная верхняя носовая часть расположена таким образом, что проникает сквозь поверхность воды, когда судно эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию.
[0006] Преимущества настоящего изобретения могут быть представлены следующим образом.
[0007] Когда судно эксплуатируется с погружением по конструктивную ватерлинию, судно загружено и не имеет дифферента. В данном положении судна на плаву верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части находится в поверхности воды или вблизи нее. Практически определение "на поверхности воды или вблизи нее" означает, что верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части находится полностью или частично на поверхности воды или немного ниже или немного выше поверхности воды. В ледовой обстановке верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части предпочтительно выполнена с возможностью взаимодействия со льдом или ледовыми покровами, которые встречаются в легкой и умеренной ледовой обстановке. Иными словами, в данном положении на плаву судно выполнено и оптимизировано для эксплуатации в легкой и умеренной ледовой обстановке.
[0008] Когда судно эксплуатируется с погружением по нижнюю ледовую ватерлинию, оно, например, если это грузовое судно, не загружено и имеет балласта. Согласно другому варианту реализации для достижения такого положения на плаву судну может быть преднамеренно придан дифферент посредством перемещения балласта, судовых запасов или возможного груза. В данном положении на плаву судно можно эксплуатировать в легкой и умеренной ледовой обстановке достаточно адекватным образом.
[0009] Когда судно эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию, судно имеет носовой дифферент. В данном положении на плаву судно выполнено и оптимизировано для эксплуатации в трудной ледовой обстановке. Дифферент может быть получен, например, распределением груза или балласта или сдвигом жидкостей.
[0010] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения площадь поперечного сечения корневого сечения бульба бульбообразной нижней носовой части в заданном положении меньше, чем площадь поперечного сечения бульбообразной нижней носовой части в первом положении, расположенном ближе к носу относительно указанного заданного положения.
[0011] Данная конструкция бульбообразной нижней носовой части, т.е. меньшая площадь поперечного сечения бульба в корневом сечении бульба по сравнению с площадью поперечного сечения бульба перед корневым сечением бульба, также улучшает пригодность и эксплуатационную эффективность судна в ледовой обстановке. Это обеспечивает возможность облегченного перемещения льда или кусков битого льда в направлении к корме и назад вдоль корпуса судна.
[0012] Согласно еще одному предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения площадь поперечного сечения корневого сечения бульба бульбообразной нижней носовой части в заданном положении больше, чем площадь поперечного сечения носовой части под конструктивной ватерлинией во втором положении, расположенном ближе к корме судна относительно указанного заданного положения. Это также облегчает перемещение льда или кусков битого льда в направлении к корме и назад вдоль корпуса судна.
[0013] Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения угол между передней наклонной верхней носовой частью и уровнем моря, когда судно эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию, составляет самое большее 40°. Это улучшает ледопроходимость судна в трудной ледовой обстановке. В этом отношении, угол находится предпочтительно в диапазоне от 10° до 40°.
[0014] Когда судно эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию, передняя наклонная верхняя носовая часть пересекается с уровнем моря в третьем положении в продольном направлении судна. Для улучшения навигации судна в акватории угол между формой носовой части и вертикальной плоскостью в диаметральной линии судна в третьем положении в продольном направлении судна составляет по меньшей мере 75°.
[0015] Кроме того, для улучшения работы ледокольного судна предпочтительно угол между формой носовой части и вертикальной плоскостью в диаметральной линии судна в положении на полпути между третьим положением и заданным положением в продольном направлении судна составляет самое большее 60°.
[0016] Термины "корпус", "днище", "нос", "бульб", "бульбообразный нос" и "корма" известны для морских судов. Корневым сечением бульба называется вертикальное поперечное сечение бульба в точке пересечения, в которой нижний конец наклонной верхней носовой части, т.е. промежуточной носовой части, пересекается с проходящей нижней выпуклой носовой частью, т.е. бульбом. В отсутствие чистой точки пересечения это может быть ближайшая к корме точка перегиба поперечного профиля промежуточной носовой части. Длиной судна называется длина судна в продольном направлении судна между носовой частью и кормовой частью. Шириной судна называется наибольшая поперечная ширина судна по конструктивной ватерлинии.
[0017] Конструктивная ватерлиния определяет ватерлинию, на основе которой судно конструируют для основной работы, например в отношении грузоподъемности, мощности двигательной установки, скорости и т.п. Верхняя ледовая ватерлиния определяет самую высокую ватерлинию, при которой судно предназначено для эксплуатации во льдах. Данная линия может быть ломаной линией. Нижняя ледовая ватерлиния определяет самую низкую ватерлинию, при которой судно предназначено для эксплуатации во льдах. Данная линия может быть ломаной линией. Эти ватерлинии представляют пределы различных водоизмещений, при которых судно имеет возможность эксплуатации в ледовой обстановке.
[0018] Ледокольным судам обычно назначают различные ледовые классы, определяющие ледовую обстановку, в которой такие суда имеют возможность эксплуатации. Ледовая обстановка в основном определена как сложная, умеренная или простая. Выражения, подобные таким как "носовая оконечность", "вперед", "впереди", относятся к продольному направлению судна в сторону носа. Выражения, подобные таким как "корма", "назад", "в конце" относятся к продольному направлению к корме судна. Когда судно эксплуатируют в ледовой обстановке, судно, а также его носовая часть взаимодействуют со льдом или ледовым полем и, таким образом, подвержены и открыты действию ледовой нагрузки, вызванной льдом или ледовым полем в окружающей акватории.
[0019] Предпочтительные особенности ледокольного судна определены в пунктах 2-7 приложенной формулы изобретения. Способ эксплуатации ледокольного судно определен в пунктах 8-10 приложенной формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] Настоящее изобретение будет раскрыто, только посредством примера, со ссылкой на сопровождающие схематические чертежи, на которых:
[0021] На ФИГ. 1 показан вид сбоку ледокольного судна согласно настоящему изобретению;
[0022] На ФИГ. 2 показана носовая часть ледокольного судна снизу;
[0023] На ФИГ. 3 показан вид сбоку носовой части ледокольного судна;
[0024] На ФИГ. 4 показан в разрезе корпус ледокольного судна ниже ватерлинии, так называемая кривая площади шпангоута;
[0025] На ФИГ. 5 показаны увеличенная часть, показанная на ФИГ. 4; и
[0026] На ФИГ. 6 и 7 показаны поперечные сечения передней части ледокольного судна.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] На ФИГ. 1 ледокольное судно обозначено ссылочным номером 1. Ледокольное судно 1 содержит корпус с днищем 2, носовой частью 3 и кормовой частью 4. Носовая часть 3 содержит переднюю наклонную верхнюю носовую часть 31, бульбообразную нижнюю носовую часть 33 с корневым сечением 34 бульба в заданном положении S1 бульбообразной нижней носовой части в продольном направлении судна и промежуточную носовую часть 32 между передней наклонной верхней носовой частью 31 и бульбообразной нижней носовой частью 33. Ледокольное судно 1 выполнено с конструктивной ватерлинией W1, верхней ледовой ватерлинией W3 и нижней ледовой ватерлинией W2. На ФИГ. 2 представлен объемный вид носовой части 3, описанной выше.
[0028] Ширина ледокольного судна 1 обозначена позиционным номером В, как показано на ФИГ. 6 и на ФИГ. 7. Ширина В означает наибольшую поперечную ширину ледокольного судна 1 на уровне конструктивной ватерлинии W1. Соответствие ширины В в зависимости от конструкции ледокольного судна 1 будет описано более подробно ниже со ссылкой на ФИГ. 6 и 7.
[0029] На ФИГ. 3 носовая часть 3 показана более подробно.
[0030] Как показано на ФИГ. 3, верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 расположена таким образом, что находится на поверхности воды или вблизи нее, когда судно эксплуатируется с погружением по конструктивную ватерлинию W1 ледокольного судна 1. Практически это означает, что верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части находится на поверхности воды или вблизи нее. Обычно, в данном положении на плаву ледокольное судно 1 загружено и не имеет дифферента. В ледовой обстановке (лед обозначен надписью ЛЕД) верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 взаимодействует со льдом или ледяными покровами и разрушает лед с нижней стороны. В данном положении на плаву судно выполнено с возможностью и оптимизировано для эксплуатации в легкой и умеренной ледовой обстановке.
[0031] Когда ледокольное судно 1 эксплуатируется с погружением по нижнюю ледовую ватерлинию W2, нижняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 расположена так, что проникает сквозь поверхность воды. В данном положении на плаву судно имеет возможность эксплуатации в легкой и умеренной ледовой обстановке достаточно адекватным образом. На ФИГ. 3 показано, что нижняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 взаимодействует со льдом и разрушает его по направлению вниз под бульбообразную нижнюю носовую часть.
[0032] В случае грузового судна, оно в данном положении на плаву может быть без груза и иметь балласт. Согласно другому варианту реализации преднамеренный дифферент судна может быть получен подвижным балластом, судовыми запасами или возможным грузом.
[0033] Когда ледокольное судно 1 эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию W3, оно имеет дифферент на нос. Полученный таким образом дифферент может быть достигнут, например, распределением груза или балласта или смещением жидкостей. В данном положении на плаву судно может работать и оптимизировано для эксплуатации в сложной ледовой обстановке. Таким образом, передняя наклонная верхняя носовая часть 31 разрушает лед по направлению вниз и в стороны более или менее традиционным способом при продвижении ледокольного судна 1 вперед.
[0034] Таким образом, ледокольным судном 1 управляют в трех различных положениях на плаву, которые являются предпочтительными в различной ледовой обстановке: верхняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 находится в поверхности воды или вблизи нее, когда судно эксплуатируется с погружением по конструктивную ватерлинию W1; нижняя поверхность бульбообразной нижней носовой части 33 расположена так, что проникает сквозь поверхность воды, когда судно эксплуатируется с погружением по нижнюю ледовую ватерлинию W2; и передняя наклонная верхняя носовая часть 31 разрезает поверхность воды, когда судно эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию W3.
[0035] В положении на плаву, когда ледокольное судно 1 эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию W3, предпочтительно угол ϕ между передней наклонной верхней носовой частью 31 и уровнем моря (указанным на ФИГ. 3 верхняя ледовая ватерлиния W3) составляет самое большее 40°. Таким образом, угол ϕ представляет степень наклона передней наклонной верхней носовой части 31. Как показано на ФИГ. 3, угол ϕ наклона передней наклонной верхней носовой части 31 относится по меньшей мере к нижней части передней наклонной верхней носовой части 31, т.е. части передней наклонной носовой части, которая ближе к уровню моря. Верхняя часть этой носовой части может иметь, как показано на ФИГ. 1 и 3, другой угол наклона.
[0036] Такая форма также улучшает ледокольную способность ледокольного судна 1 в сложной ледовой обстановке. В любом случае, предпочтительно угол ϕ находится в диапазоне от 10° до 40°. Как показано на ФИГ. 3, передняя наклонная верхняя носовая часть 31 пересекается с уровнем моря, который соответствует верхней ледовой ватерлинии W3, когда судно находится в данном положении на плаву, в третьем положении S4 в продольном направлении ледокольного судна 1.
[0037] Оптимизация ледопроходимости ледокольного судна является важным, но лед и битый лед также должны быть удалены от судна для обеспечения эффективного прохода судна в акватории.
[0038] С этой целью носовая часть и бульбообразная нижняя носовая часть ледокольного судна 1 согласно настоящему изобретению имеют предпочтительную конструкцию в отношении профиля или поперечной проекции, а также продольного распределения объема носовой части 3 и бульбообразной нижней носовой части 33 судна. Это показано на ФИГ. 4 и 5 со ссылкой на ФИГ. 1 и 3.
[0039] На ФИГ. 4 показана кривая площади шпангоута, т.е. график показывающий площадь поперечного сечения корпуса судна ниже конструктивной ватерлинии W1. На ФИГ. 5 показано увеличенное изображение окруженной пунктиром части, показанной на ФИГ. 4. На этих чертежах указаны заданное положение S1, первое положение S2 и второе положение S3. Как более подробно описано ниже, площадь поперечного сечения в заданном положении S1 меньше, чем площадь поперечного сечения в первом положении S2, и площадь поперечного сечения во втором положении S3 меньше, чем площадь поперечного сечения в заданном положении S1.
[0040] Профиль и продольное распределение объема выполнены таким образом, что площадь корневого сечения 34 бульба бульбообразной нижней носовой части 33 в заданном положении S1 меньше, чем площадь поперечного сечения бульбообразной нижней носовой части в первом положении S2, расположенном в продольном направлении судна ближе к носу относительно указанного заданного положения S1. Такая конфигурация, т.е. при которой бульбообразная нижняя часть бульба имеет меньшую площадь поперечного сечения в области корневого сечения бульба, чем в области перед корневым сечением бульба, улучшает работу ледокольного судна в ледовой обстановке. Такая конфигурация облегчает прохождение потока льда или кусков битого льда вдоль корпуса в заднем направлении ледокольного судна.
[0041] Кроме того, улучшение прохождения потока льда или кусков битого льда назад вдоль корпуса ледокольного судна достигнуто выполнения площади поперечного сечения бульба в заданном положении S1 таким образом, чтобы она была больше, чем площадь поперечного сечения носовой части под конструктивной ватерлинией W1 во втором положении S3, расположенном в продольном направлении ближе к корме судна относительно указанного заданного положения S1.
[0042] Когда ледокольное судно 1 эксплуатируется с погружением по верхнюю ледовую ватерлинию W3, на навигацию судна в акватории, в частности в ледовой обстановке, также влияет форма носовой части 3.
1
[0043] Предпочтительная конструкция носовой части 3 для ледокольного судна 1, погруженного по верхнюю ледовую ватерлинию W3, достигнута посредством выполнения носовой части 3 таким образом, что угол β между формой носовой части 3 и вертикальной плоскостью в области диаметральной линии CL судна в третьем положении S4 в продольном направлении судна составляет по меньшей мере 75°.
2
1
2
[0044] Кроме того, предпочтительно угол β между формой носовой части 3 и вертикальной плоскостью в области диаметральной линии CL судна в положении на половине пути между заданным положением S1 и третьим положением S4 в продольном направлении судна составляет самое большее 60°. Таким образом, по меньшей мере предпочтительно, чтобы угол β был больше, чем угол β.
1
2
1
2
[0045] Углы β и β показаны на ФИГ. 6. Как указано выше, позиционное обозначение В указывает ширину ледокольного судна 1, которая является наибольшей поперечной шириной судна по конструктивной ватерлинии W3. Форма корпуса 2 ледокольного судна 1, включая форму носовой части 3, может быть изогнута, в результате чего измерение углов β и β может быть затруднено.
1
[0046] Таким образом, угол β между формой носовой части 3 и вертикальной плоскостью в диаметральной линии CL в третьем положении S4 показан как угол между ломаной линией, проходящей от диаметральной линии CL судна к наружному борту судна, в результате чего позиционное обозначение В/2 обозначает половину ширины В ледокольного судна 1.
2
[0047] Соответствующим образом, угол β между формой носовой части 3 и вертикальной плоскостью в диаметральной линии CL судна в положении на полпути между заданным положением S1 и третьим положением S4 показан как угол между ломаной линией, проходящей от диаметральной линии CL судна к наружному борту судна.
1
2
[0048] Ввиду вышеизложенного, углы β и β определены на основании угла β, как показано на ФИГ. 7, в результате чего угол β определен как измеренный угол между формой носовой части 3 и диаметральной линией CL судна на расстоянии В/10, т.е. на расстоянии одной десятой от диаметральной линии CL судна. На данном расстоянии, иными словами, очень близко к диаметральной линии CL судна, кривизна корпуса является в целом более постоянной.
[0049] Чертежи и описание, относящееся к ним, предназначены только для разъяснения основной идеи изобретения. Изобретение может быть изменено в деталях в пределах объема защиты настоящего изобретения, определенном приложенной формулой изобретения.