БАЛЛАСТНО-ГРУЗОВАЯ ЦИСТЕРНА ПОДВОДНОГО ГАЗОВОЗА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
BALLAST AND CARGO TANK OF AN UNDERWATER GAS TANKER FOR TRANSPORTATION OF LIQUEFIED GASES, PREDOMINANTLY LIQUEFIED NATURAL GAS

Изобретение относится к области транспортного судостроения, в частности к хранению и транспортировке подводным судном сжиженных газов, таких как природный газ, метан, этан и нефтяные газы, на значительные расстояния, и может быть использовано в подводных газовозах и метановозах.
Известны прочные грузовые металлические танки цилиндрической формы японского подводного танкера (проект фирмы «Мицубиси Хэви Индастрис» («Подводные транспортные суда», А.А. Токмаков, Ленинград, издательство «Судостроение», 1965 г., стр. 169, 215), которые использовали для приема водяного балласта. На отливном трубопроводе установлен сепаратор трюмных вод. Но так как в настоящее время в грузовые цистерны принимать водяной балласт запрещается, на подводном танкере в двойном дне или по бортам оборудуют балластные цистерны, что увеличивает водоизмещение подводного танкера.
Известны вспомогательные прочные грузовые танки грузовой системы подводного танкера («Общекорабельные системы подводных лодок», Научно-технический обзор, ЦНИИ «Румб», 1975 г., Б.В. Подсевалов, А.П. Фомин, Ленинград, стр. 86-87), цилиндрической формы, которые также используют для приема водяного балласта.
Недостатком использования грузовых систем подводных танкеров под хранение балластной воды является загрязнение акваторий портов остатками нефтепродуктов при удалении балластной воды за борт. Загрязнение частично устраняют установкой специальных отстойных цистерн, что увеличивает водоизмещение подводного танкера.
Известны грузовые цилиндрические горизонтально ориентированные танки для сжиженных газов газовоза подледного плавания (Суда-газовозы», Л.: Судостроение, 1990, Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., 304 с., стр. 33, 35), расположенные по ширине корпуса в три ряда. В прочном корпусе располагается ядерная энергетическая установка. При наличии на подводном газовозе заместительных или балластных цистерн, необходимых при подводной эксплуатации для замещения массы сжиженного газа балластной водой в соотношении 1:1, существенно увеличено водоизмещение подводного газовоза.
Недостатком является невозможность использования внутреннего объема грузового танка для хранения балластной воды.
Известен грузовой полумембранный танк надводного газовоза («Суда-газовозы», Л.: Судостроение, 1990, Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., 304 с., стр. 10, 29, 32), принятый за прототип и имеющий форму параллелепипеда со скругленными углами и включающий металлическую и герметичную оболочку, находящуюся в контакте со сжиженным газом и опирающуюся на изоляцию, выполненную из бальзового дерева и перлита. Для изготовления оболочек грузового танка газовозов могут быть использованы хладостойкие криогенные стали, а именно, никелевая сталь, хромоникелевая сталь или алюминиевые сплавы. Грузовой танк применим на подводном газовозе, но его использование значительно увеличивает водоизмещение подводного судна из-за наличия отдельных заместительных цистерн, необходимых при подводной эксплуатации для замещения массы сжиженного газа балластной водой в соотношении 1:1.
Недостатком является невозможность использования внутреннего объема грузового танка для хранения балластной воды.
Технической проблемой является создание комбинированной конструкции, балластно-грузовой цистерны подводного газовоза, позволяющей в объеме одной цистерны обеспечить попеременное хранение сжиженного газа и балластной воды без контакта с корпусом грузового танка, что позволит полностью отказаться от заместительных цистерн на подводном газовозе.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей балластно-грузовой цистерны и, как следствие, уменьшение полного водоизмещения подводного газовоза.
Технический результат достигается тем, что в балластно-грузовой цистерне подводного газовоза для транспортировки сжиженных газов, преимущественно сжиженного природного газа, включающей теплоизолированный металлический корпус с концевыми переборками, изготовленный из материала, устойчивого к низким температурам, трубопроводы и арматуру для подачи и удаления сжиженного газа, вентиляции и контроля, во внутреннее пространство горизонтально ориентированного корпуса цистерны установлены как минимум, одна вертикальная поперечная теплоизолированная герметизированная по внешним и внутренним контактным поверхностям подвижная перегородка с возможностью ее горизонтального перемещения вдоль центральной продольной направляющей с помощью привода, а между, как минимум, одной поперечной подвижной перегородкой и как минимум, одной концевой переборкой цистерны установлена как минимум, одна эластичная водонепроницаемая емкость, выполненная с возможностью многократного увеличения или уменьшения своего объема в продольном направлении при перемещении, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки, при этом, как минимум, одна эластичная емкость герметично соединена своей подвижной стороной с поперечной подвижной перегородкой, а неподвижной стороной с концевой переборкой цистерны, в которой установлены трубопроводы и арматура для заполнения, как минимум, одной эластичной емкости балластной водой и ее осушения, а корпус цистерны и центральная направляющая снабжены средствами теплоизоляции для тепловой защиты как минимум, одной эластичной емкости от низких температур.
Наружная теплоизоляция корпуса цистерны может быть выполнена из слоя бальзового дерева или/и слоя из сыпучих материалов в виде крошки с высокими теплоизоляционными свойствами.
Поперечная подвижная перегородка может быть выполнена из холодостойкой прочной стали или композитного материала, а теплоизоляция поперечной перегородки выполнена в виде, как минимум, двух слоев теплоизоляционных материалов, закрепленных на вертикальной внутренней поверхности поперечной подвижной перегородки, при этом как минимум, один внутренний слой, контактирующий с сжиженным газом, выполнен из плотного непроницаемого для сжиженного газа теплоизоляционного материала, устойчивого к действию крайне низких температур, а как минимум, один слой выполнен из теплоизоляционного материала с высокими теплоизолирующими свойствами.
Как минимум, одна поперечная герметизированная подвижная перегородка может быть снабжена холодостойкими средствами герметизации внешней и внутренней ее контактных поверхностей с корпусом цистерны и продольной направляющей для предотвращения утечки сжиженного газа.
Центральная продольная направляющая как минимум, одной поперечной подвижной перегородки может быть установлена вдоль центральной продольной оси горизонтально ориентированного корпуса и жестко закреплена на концевых переборках внутри, как минимум, одной эластичной емкости.
Средства теплоизоляции эластичной емкости от крайне низких температур могут быть выполнены в виде поперечных колец теплоизоляции, установленных в корпусе цистерны и центральной продольной направляющей с теплоизоляцией соединительных фланцев и их стяжных болтов.
Водонепроницаемая эластичная емкость может быть выполнена из эластичной водонепроницаемой прочной синтетической многослойной ткани и снабжена элементами жесткости, установленными внутри эластичной емкости и закрепленных на ее внутренней поверхности.
В корпус цистерны, выполненный цилиндрическим, может быть установлена, как минимум, одна поперечная перегородка круглого сечения с гидравлическим приводом и, как минимум, одна эластичная емкость, выполненная в виде складного гофрированного сильфона, снабженного элементами жесткости.
Гидравлический привод может быть выполнен, как минимум, из двух гидроцилиндров-толкателей и двух гидроцилиндров-подъемников, установленных внутри, как минимум, одной герметичной емкости и подключенных к общей системе гидравлики подводного газовоза, при этом, как минимум, один гидроцилиндр-подъемник неподвижным концом закреплен к концевой переборке цистерны, а подвижным концом закреплен к гидроцилиндру-толкателю, установленному неподвижным концом на центральной направляющей, а подвижным концом посредством скользящей опоры соединен с поперечной подвижной перегородкой.
Контрольно-измерительная аппаратура, включая датчики давления газа и датчики температуры газа может быть выполнена на выдвижных устройствах с возможностью установки внутри цистерны при измерении параметров при транспортировке сжиженного газа и с возможностью установки заподлицо с внутренней поверхностью корпуса цистерны при хранении балластной воды, а горловины для загрузки и откачки газа выполнены заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса цистерны.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено схематичное изображение продольного вертикального сечения балластно-грузовой цистерны. На фиг. 2-4 показаны последовательные шаги перехода от функции грузового танка к функции балластной цистерны. На фиг. 2 представлено схематичное изображение продольного вертикального сечения балластно-грузовой цистерны при закреплении у концевых переборок, преимущественно, двух поперечных подвижных перегородок и двух эластичных емкостей в сложенном виде между поперечными перегородками и концевыми переборками при хранении сжиженного газа в грузовом танке цистерны. На фиг. 3 представлено схематичное изображение продольного вертикального сечения балластно-грузовой цистерны в момент перемещения, преимущественно, двух поперечных подвижных перегородок и раскрытие эластичных емкостей. На фиг. 4 представлено схематичное изображение продольного вертикального сечения цистерны при закреплении поперечных перегородок у центральной плоскости цистерны в момент приема и хранения балластной воды, эластичные емкости максимально возможно раскрыты. На фиг. 3 представлено схематичное укрупненное изображение вертикального сечения а) средства герметизации внешней поверхности поперечной перегородки с контактной поверхностью корпуса цистерны, б) средства герметизации внутренней поверхности поперечной перегородки с контактной поверхностью продольной направляющей. На фиг. 6 представлено схематичное укрупненное изображение вертикального сечения средства теплоизоляции эластичной емкости, выполненного в виде колец теплоизоляции.
Балластно-грузовая цистерна подводного газовоза для транспортировки сжиженных газов, преимущественно сжиженного природного газа, включает теплоизолированный металлический горизонтально ориентированный корпус 1, изготовленный из материала, устойчивого к низким температурам, с теплоизоляцией 2. Во внутреннем пространстве корпуса 1 установлена, как минимум, одна вертикальная поперечная теплоизолированная герметизированная по внешним и внутренним контактным поверхностям подвижная перегородка 3 с теплоизоляцией 4 и продольная направляющая 5. Вертикальная поперечная подвижная перегородка 3 установлена с возможностью ее горизонтального перемещения вдоль центральной продольной направляющей 5 с помощью привода. Между, как минимум, одной поперечной подвижной перегородкой 3 и, как минимум, одной концевой переборкой 6 цистерны установлена, как минимум, одна водонепроницаемая эластичная емкость 7, выполненная с возможностью многократного увеличения или уменьшения своего объема в продольном направлении при перемещении как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3. При этом как минимум, одна эластичная емкость 7 герметично соединена своей подвижной стороной с поперечной подвижной перегородкой 3, а неподвижной стороной с концевой переборкой 6 цистерны.
Горизонтальное положение корпуса 1 цистерны наиболее оптимально в конструктивном отношении для использования на подводном газовозе, так как при этом уменьшаются силовые нагрузки на узлы и механизмы цистерны и корпусные конструкции, облегчается монтаж оборудования внутри цистерны, а также ремонт и профилактические работы внутри цистерны с участием экипажа подводного газовоза.
Так как металлический корпус 1 цистерны, аналогично прототипу, изготовлен из холодостойкой стали, которая выдерживает крайне низкие температуры до температура транспортировки сжиженного природного газа -163°С, защита металлического корпуса 1 от действия низких температур не требуется. Наружная теплоизоляция 2 корпуса 1 цистерны выполнена из слоя бальзового дерева или/и слоя из сыпучих материалов в виде крошки, которые обладают высокими теплоизоляционными свойствами равными или превосходящими бальзовое дерево. Установка теплоизоляции 2 снаружи корпуса 1 защищает окружающие цистерну корпусные конструкции подводного газовоза от действия крайне низких температур и препятствует распространению потока тепла внутрь цистерны с сжиженным газом, что существенно замедляет испарение сжиженного газа.
Во внутреннее пространство горизонтально ориентированного корпуса цистерны установлена одна вертикальная поперечная теплоизолированная герметизированная по внешней и внутренней контактным поверхностям подвижная перегородка с возможностью ее горизонтального перемещения вдоль центральной продольной направляющей с помощью привода, а между поперечной подвижной перегородкой и концевой переборкой цистерны установлена одна эластичная водонепроницаемая емкость, выполненная с возможностью многократного увеличения или уменьшения своего объема в продольном направлении при перемещении поперечной подвижной перегородки, при этом эластичная емкость герметично соединена своей подвижной стороной с поперечной подвижной перегородкой, а неподвижной стороной с концевой переборкой цистерны (не показано).
Во внутреннее пространство горизонтально ориентированного корпуса цистерны установлены две вертикальные поперечные теплоизолированные герметизированные по внешним и внутренним контактным поверхностям подвижные перегородки с возможностью их горизонтального перемещения вдоль центральной продольной направляющей с помощью привода, а между двумя поперечными подвижными перегородками и двумя концевыми переборками цистерны установлены две эластичные водонепроницаемые емкости, выполненные с возможностью многократного увеличения или уменьшения своего объема в продольном направлении при перемещении двух поперечных подвижных перегородок, при этом две эластичные емкости герметично соединены своими подвижными сторонами с поперечными подвижными перегородками, а неподвижными сторонами с концевыми переборками цистерны.
Предпочтительна установка внутри горизонтально ориентированного корпуса 1, преимущественно, двух вертикальных поперечных подвижных перегородок 3 и двух эластичных водонепроницаемых емкостей 7 между двумя поперечными подвижными перегородками 3 и двумя концевыми переборками 6 цистерны (фиг. 1).
Установка, преимущественно, двух вертикальных поперечных теплоизолированных и герметизированных по внешним и внутренним контактным поверхностям перегородок 3 внутри горизонтально ориентированного теплоизолированного холодоустойчивого корпуса 1 обеспечивает возможность образования в объеме цистерны между закрепленными поперечными перегородками 3 теплоизолированного герметизированного грузового танка 8 для длительного хранения сжиженного газа и одновременно возможность образования между поперечными перегородками 3 и концевыми переборками 6 теплоизолированных пространств 9 для хранения, преимущественно, двух эластичных емкостей 7 в сложенном виде, что расширяет функциональные возможности цистерны (фиг. 2).
Возможность длительного хранения в объеме цистерны сжиженного газа конструктивно реализована при закреплении двух поперечных подвижных перегородок 3 около концевых переборок 6 в образованном при этом теплоизолированном и герметичном грузовом танке 8, ограниченном, преимущественно, двумя вертикальными поперечными теплоизолированными и герметизированными поперечными закрепленными перегородками 3, и холодоустойчивым корпусом 1 с теплоизоляцией 2.
Теплоизоляция 4, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3 выполнена в виде двух слоев теплоизоляционных материалов, установленных на вертикальной внутренней поверхности поперечной перегородки 3, образующей грузовой танк 8. Как минимум, один внутренний слой, контактирующий с сжиженным газом, выполнен из плотного теплоизоляционного материала, устойчивого к действию крайне низких температур, и как минимум, один слой выполнен из теплоизоляционного материала с пористой структурой (не показано).
Поперечные подвижные перегородки 3 выполнены из холодостойкой прочной стали или из композитных материалов, позволяющих выдерживать усилия привода при перемещении и стопорении, выдерживать вес слоев теплоизоляции 4, выдерживать давление сжиженного газа в грузовом танке 8 и балластной воды в эластичных емкостях 7.
Как минимум, одна герметизированная поперечная подвижная перегородка 3 снабжена холодостойкими средствами герметизации ее внешней 10 контактной поверхности с корпусом цистерны и внутренней 11 контактной поверхности с продольной направляющей (фиг. 1). Средства герметизации 10 и 11 повышают герметичность грузового танка при хранении сжиженного газа, существенно уменьшают протечки газа в пространство 9 за поперечной закрепленной перегородкой, где находится эластичная емкость 7. Средства герметизации 11 контактной поверхности с продольной направляющей 5 обеспечивают также герметизацию эластичных емкостей 7 при хранении балластной воды.
Установка, преимущественно, двух эластичных емкостей 7, выполненных с возможностью многократного уменьшения своего объема в продольном направлении при перемещении двух поперечных подвижных перегородок 3, обеспечивает возможность хранения эластичных емкостей 7 в объеме цистерны в полностью сложенном виде в пространствах 9 между двумя поперечными подвижными перегородками 3 и концевыми переборками 6 при хранении в грузовом танке 8 сжиженного газа. При этом, в сложенном виде эластичные емкости 7 занимают минимально возможный объем.
Корпус 1 цистерны и продольная направляющая 5 снабжены средствами теплоизоляции 13 и 14 соответственно для тепловой защиты, как минимум, одной эластичной емкости 7 в ее сложенном виде от крайне низких температур при транспортировке сжиженного природного газа. Возможность хранения в объеме цистерны эластичных емкостей 7 в сложенном виде и их защиту от действия низких температур при хранении сжиженного газа конструктивно реализована в образованных теплоизолированных пространствах 9 между концевыми переборками 6 и поперечными перегородками 3 с теплоизоляцией 4, закрепленными около соответствующих им средств теплоизоляции 13 и 14. Средства теплоизоляции 13 и 14 обеспечивают создание теплового барьера на пути распространения крайне низких температур по поверхности корпуса 1 цистерны и продольной направляющей 5 в пространства 9 цистерны, где расположены эластичные емкости 7 и приводы подвижной перегородки 3. Средства теплоизоляции 13 и 14 установлены с возможностью одновременной защиты от крайне низких температур средств герметизации 10 и 11, как минимум, одной поперечной закрепленной перегородки 3, привода и концевых переборок 6.
Центральная продольная направляющая 5, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3 установлена вдоль центральной продольной оси горизонтально ориентированного корпуса 1, и жестко закреплена на концевых переборках 6 внутри, как минимум, одной эластичной емкости 7. Центральная продольная направляющая 5 обеспечивает надежность работы и отсутствие перекоса при перемещении поперечной подвижной перегородки 3 во внутреннем пространстве цистерны.
Привод, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3 размещен внутри эластичной емкости 7 в пространстве между поперечной подвижной перегородкой 3 и концевой переборкой 6. Привод обеспечивает возможность перемещения, как минимум, одной поперечной перегородки 3 в продольном горизонтальном направлении из одного крайнего закрепленного рабочего положения для хранении сжиженного газа в другое крайнее закрепленное рабочее положение для хранении балластной воды и стопорение в этих положениях. Одно крайнее закрепленное положение, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3 определено минимальным объемом, как минимум, одной эластичной емкости 7 в сложенном виде. Другое крайнее закрепленное положение определено максимальными длинной и объемом, как минимум, одной полностью раскрытой эластичной емкости 7. При перемещении из одного закрепленного положения в другое и обратно с помощью привода поперечная как минимум, одна подвижная перегородка 3 обеспечивает передачу растягивающих или сжимающих усилий привода на как минимум, одну эластичную емкость 7, соединенную с ней.
Установка между, как минимум, одной поперечной подвижной перегородкой 3 и как минимум, одной концевой переборкой 6 цистерны, как минимум, одной эластичной емкости 7, выполненной с возможностью многократного увеличения или уменьшения своего объема при перемещении, как минимум, одной поперечной подвижной перегородки 3, и герметичное соединение подвижной стороны эластичной емкости 7 с поперечной подвижной перегородкой 3, а неподвижной стороны с концевой переборкой 6 цистерны обеспечивают возможность хранения балластной воды в объеме цистерны ранее занятом сжиженным газом и как минимум, одной, эластичной емкостью 7 в сложенном виде, исключая контакт балластной воды и холодоустойчивого корпуса 1 цистерны, что расширяет функциональные возможности цистерны.
Возможность хранения в объеме цистерны балластной воды конструктивно реализована при закреплении, преимущественно, двух поперечных перегородок 3 около центральной поперечной плоскости цистерны в полностью раскрытых при этом двух эластичных герметичных емкостях 7, ранее хранящихся в объеме цистерны в полностью сложенном виде в пространстве 9 при хранении в грузовом танке 8 сжиженного газа (фиг. 4).
Возможность многократного увеличения или уменьшения объема эластичной емкости 7 при перемещении поперечной подвижной перегородки 3 может быть реализована за счет выполнения эластичной емкости 7 складной и гофрированной. При этом, возможность полного раскрытия эластичной емкости 7 до максимального объема реализована за счет распрямления гибких складок, образованных ранее при сложении складной гофрированной эластичной емкости 7.
Выполнение, как минимум, одной эластичной емкости 7 водонепроницаемой и герметичное соединение ее сторон с как минимум, одной поперечной перегородкой 3 и как минимум, одной концевой переборкой 6 обеспечивает прочный герметичный эластичный объем для хранения балластной воды с целью замещения массы выгруженного из грузового танка 8 сжиженного газа подводного газовоза и защиту внутренней поверхности холодоустойчивого корпуса 1 от коррозии, исключая его контакт с балластной водой. Поперечные подвижные перегородки 3 и концевые переборки 6 могут быть защищены от коррозии специальными покрытиями.
Для постоянного поддержания формы при растяжении или сжатии во внутреннее пространство каждой эластичной емкости 7 установлены поперечные элементы жесткости, выполненные, например, в виде колец жесткости 12. Во время хранения балластной воды эластичные емкости 7 устойчиво сохраняют заданную форму и надежно изолируют корпус 1 цистерны, измерительную аппаратуру для сжиженного газа и теплоизоляцию 4 поперечных подвижных перегородок 3 от воздействия морской балластной воды.
Контрольно-измерительная аппаратура грузового танка 8, включая датчики давления сжиженного газа и датчики температуры сжиженного газа, может быть выполнена на выдвижных устройствах с возможностью установки внутри цистерны при измерении параметров при транспортировке сжиженного газа и с возможностью установки заподлицо с внутренней поверхностью корпуса 1 цистерны при хранении водяного балласта. Горловины для загрузки и откачки газа могут быть выполнены заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 цистерны (не показано).
На каждой концевой переборке 6 цистерны установлены трубопроводы и арматура для заполнения каждой эластичной емкости 7 балластной водой и ее осушения. Трубопровод, насос 15 и арматура для заполнения эластичных емкостей 7 балластной водой и трубопровод и насос 16 ее осушения, а также трубопроводы и арматура вентиляции 17 установлены на концевых переборках 6 цистерны с последующей герметизацией всех фланцев арматуры. Трубопроводы вентиляции 17 установлены с возможностью циркуляции теплого воздуха в каждой герметичной эластичной емкости 7 путем закачки и откачки теплого воздуха в верхние и нижние отводы вентиляции 17.
Таким образом, создана комбинированная конструкция балластно-грузовой цистерны подводного газовоза, позволяющая в одном объеме цистерны обеспечить попеременное хранение сжиженного газа, преимущественно природного, в теплоизолированном и герметичном грузовом танке 8 и герметичное хранение балластной воды в эластичных герметичных емкостях 7 без контакта с корпусом грузового танка, что расширяет ее функциональные возможности и позволяет полностью отказаться от заместительных цистерн на подводном газовозе.
Пример исполнения. На подводных газовозах для транспортировки сжиженного природного газа с точки зрения обеспечения герметичности уплотнений на поперечных подвижных перегородках 3 в цистернах наиболее выгодная форма корпуса 1 цилиндрическая. Наружная теплоизоляция 2 корпуса 1 выполнена из бальзового дерева.
В горизонтально ориентированный корпус 1 цистерны, выполненный цилиндрическим, установлены две поперечные подвижные перегородки 3 круглого сечения с гидравлическим приводом 19 и 20 каждая (фиг .1). Эластичная складная емкость 7 выполнена в виде эластичного складного гофрированного сильфона. Центральная продольная направляющая 5 выполнена полой, в виде трубы. На поперечной подвижной перегородке 3 первый плотный слой теплоизоляционного материала, устойчивый к действию крайне низких температур и контактирующий с сжиженным газом, выполнен из пенополифениленоксида, а промежуточный между первым слоем и поверхностью подвижной перегородки 3 слой выполнен из бальзового дерева (не показано).
Средства герметизации внешней и внутренней контактных поверхностей каждой поперечной подвижной перегородки 3 выполнены в виде кольцевых шлангов герметизации 21 и 22, установленных в открытые полости поперечной подвижной перегородки 3 на контактных поверхностях с корпусом 1 цистерны и продольной направляющей 5 с возможностью их заполнения сжатым воздухом. Кольцевые шланги герметизации 21 и 22 изготовлены из холодостойкого материала, сохраняющего эластичность до умеренно низких температур, около -60 - -70°С (фиг. 5). В закрепленном положении поперечной подвижной перегородки 3 шланги герметизации 21 и 22 наполнены сжатым воздухом.
Гидравлический привод выполнен, как минимум, из двух гидроцилиндров-толкателей 19 и двух гидроцилиндров-подъемников 20, установленных внутри герметичного сильфона 7 и подключенных к общей системе гидравлики подводного газовоза. Как минимум, один гидроцилиндр-подъемник 20 неподвижным концом закреплен к концевой переборке 6 цистерны, а подвижным концом закреплен к гидроцилиндру-толкателю 19, установленному неподвижным концом на центральной направляющей 5, а подвижным концом посредством скользящей опоры 23 соединен с прочной вертикальной наружной поверхностью поперечной подвижной перегородки 3.
Кинематическая схема перемещения поперечной подвижной перегородки 3 с двумя гидроцилиндрами, подъемником 19 и толкателем 20 имеет преимущества перед другими схемами она обеспечивает возможность как очень больших горизонтальных перемещений подвижных перегородок 3, так и весьма малый компактный объем для гидропривода в сложенном положении. Необходимую последовательность работы гидроцилиндров 19 и 20 при перемещении поперечных перегородок 3 обеспечивают с помощью согласующих гидравлических клапанов. Кинематическая схема гидроцилиндров 19 и 20 может отличаться от указанной. В качестве привода можно использовать, например, погружной электродвигатель.
Два эластичных гофрированных сильфона 7 выполнены из многослойной прочной ткани типа дакрон. Одна сторона сильфона 7 подвижна в осевом продольном направлении и герметично закреплена на вертикальной наружной поверхности поперечной подвижной перегородки 3, а вторая сторона сильфона 7 неподвижна и герметично закреплена на внутренней поверхности концевой переборки 6.
Выполнение эластичного сильфона 7 складным и гофрированным реализует возможность полного сжатия сильфона 7 до минимального объема между поперечной закрепленной перегородкой 3 и концевой переборкой 6 при хранении сжиженного газа в грузовом танке 8. Выполнение сильфона 7 гофрированным реализует возможность полного его раскрытия до максимального объема при перемещении подвижной перегородки 3 в объеме цистерны для заполнения их балластной водой при замещении сжиженного газа (фиг. 4).
Элементы жесткости герметичного сильфона 7 выполнены в виде колец жесткости 12, установленных внутри сильфона 7 и закрепленных на его внутренней поверхности. Кольца жесткости 12 используют для сохранения цилиндрической формы эластичных складчатых сильфонов 7 при их эксплуатации и для обеспечения при сжатии сильфона 7 упорядоченного образования складок ткани, из которой изготовлен сильфон 7. Кольцо жесткости 12 расположено внутри эластичного сильфона 7, с ним конструктивно связано и перемещается вместе с сильфоном 7 при его растяжении-сжатии. Кольцо жесткости 12 может быть приклеено к материалу сильфона 7, может быть соединено по периметру кольца с интервалом 400-800 мм накладными элементами из водостойкого эластичного материала, может быть вставлено во внутренний чехол внутри сильфона 7.
Средства теплоизоляции 13 и 14 эластичных сильфонов 7 от крайне низких температур при хранении сжиженных газов выполнены в виде поперечных колец теплоизоляции 24, например, из бальзового дерева, которые врезаны и закреплены между соединительными фланцами 25 корпуса 1 и продольной направляющей 5, при этом фланцы 25 соединены стяжными болтами 26 (фиг. 6). Кольца теплоизоляции 24, установленные в корпус 1 между фланцами 25 со стяжными болтами 26, и кольца продольной направляющей 5 создают препятствия для распространения низких температур, т.е. играют роль теплового барьера и обеспечивают ступенчатое повышение температуры по поверхности корпуса 1 цистерны и продольной направляющей 5 в пространстве 9. Для повышения теплоизоляции стяжных болтов 26 установлены прокладки под шайбы стяжных болтов 26 и вставные втулки во фланцы 25, через которые проходят стяжные болты 26, выполненные из материалов с низкой теплопроводностью (не показано). Стяжные болты, гайки и шайбы выполнены из холодоустойчивых материалов.
Кольца теплоизоляции на продольной направляющей 5 выполнены одинакового диаметра с самой продольной направляющей 5, чтобы обеспечить легкое скольжение внутренней поверхности поперечной подвижной перегородки 3 по продольной направляющей 5 (не показано). Кольца теплоизоляции 24 на корпусе 1 цистерны также обеспечивают легкое скольжение по внешней поверхности поперечной подвижной перегородки 3.
Кольца теплоизоляции, установленные в корпусе 1 цистерны и в продольной направляющей 5, обеспечивают тепловую защиту полностью сжатого эластичного сильфона 7 в сложенном виде и заполненных воздухом шлангов герметизации 21 и 22 поперечной перегородки 3 от действия крайне низких температур при хранении сжиженного газа. При этом поперечная перегородка 3 закреплена за средствами теплоизоляции 13 и 14 на корпусе 1 цистерны и на продольной направляющей 5 (фиг. 2). Кольца теплоизоляции 24 прижаты к торцевым поверхностям слоев теплоизоляции 4 поперечной перегородки 3 и образуют единую тепловую преграду. При этом концевые переборки 6 цистерны могут быть выполнены из нержавеющей стали.
Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу устройства на примере работы балластно-грузовой цистерны для транспортировки сжиженного природного газа, описанной в примере исполнения, с двумя вертикальными поперечными подвижными перегородками 3 с гидроприводами 19, 20 и двумя эластичными складными гофрированными сильфонами 7 в боковых пространствах между поперечными подвижными перегородками 3 и концевыми переборками 6.
Перед приходом подводного газовоза в порт погрузки СПГ в надводном положении производят откачку балластной воды из сильфонов 7 с помощью насосов 16. После откачки балластной воды и перед захолаживанием грузового пространства производят круговую продувку сильфонов 7 теплым воздухом с помощью системы вентиляции 17 с целью осушения их внутренней поверхности от остатков балластной воды и конденсата. Затем по продольной направляющей 5 с помощью приводов 19 и 20 перемещают поперечные подвижные перегородки 3 в горизонтальном продольном направлении из их центрального положения к концевым переборкам 6 цистерны за средства теплоизоляции 13 и 14 на корпусе 1 цистерны и продольной направляющей 5 (фиг. 2). При этом полностью раскрытые эластичные сильфоны 7 многократно уменьшают свой объем до минимально возможного объема за счет последовательного образования складок с кольцами жесткости 12, которые сохраняют свою геометрию и размеры неизменными при этом.
Для образования грузового танка 8 для хранения и транспортировки сжиженного природного газа при крайне низких температурах, каждую поперечную подвижную перегородку 3 жестко закрепляют в крайнем рабочем положении с помощью гидроцилиндров или средств стопорения около средств теплоизоляции 13 и 14 на корпусе 1 и продольной направляющей 5. Первое крайнее рабочее закрепленное положение определяют из расчета полного сжатия сильфонов 7 до минимально возможного объема между каждой поперечной перегородкой 3 и концевой переборкой 6, а также местом установки колец теплоизоляции 24. Кольцевые шланги герметизации 21 и 22 наполнены сжатым воздухом от системы воздуха низкого давления газовоза.
Далее происходит процесс захолаживания грузового теплоизолированного герметизированного танка 8 с помощью общекорабельных систем по технологии, принятой на надводных судах-газовозах, и с рекомендуемой скоростью охлаждения и последующая загрузка сжиженного природного газа. При транспортировке сжиженного природного газа к месту разгрузки эксплуатация балластно-грузовых цистерн, заполненных сжиженным природным газом, не отличается от принятой на надводных судах-газовозах, в частности, постоянно контролируют давление и температуру сжиженного газа в грузовом танке 8. При необходимости, через трубопровод 18, периодически осуществляют продувку подогретым инертным газом пространства 9, в которых расположены сильфоны 7 в сложенном виде, с целью тепловой защиты материала сильфона 7, приводов, концевых переборок 6 и шлангов герметизации 21 и 22 поперечных подвижных перегородок 3 от воздействия крайне низких температур. Периодически из этого же пространства 9 цистерны производят откачку протечек природного газа, которые проникли через неплотности средств герметизации подвижных перегородок 3 и повторное сжижение газа с помощью общекорабельных систем через трубопровод 18.
После разгрузки сжиженного газа в месте назначения производят подготовку балластно-грузовых цистерн к приему балластной воды. Производят расхолаживание грузового пространства 8 цистерны по технологии принятой на надводных судах-газовозах. При расхолаживании грузовых танков 8 одновременно производят подогрев сильфонов 7 и продувку их теплым воздухом с помощью системы вентиляции 17 с целью удаления замерзших остатков балластной воды и повторное осушение поверхности сильфонов 7 перед их раскрытием. Поперечные подвижные перегородки 3 с помощью гидроцилиндров 19 и 20 перемещают в горизонтальном продольном направлении к центральной поперечной плоскости грузового пространства 8 цистерны с одновременным растяжением сильфонов 8 в длину фиг. 3).
Для заполнения цистерны балластной водой, каждую поперечную подвижную перегородку 3 перемещают приводом 19 и 20 и жестко закрепляют в другом крайнем рабочем положении с помощью гидроцилиндров или средств стопорения около центральной вертикальной поперечной плоскости цистерны. Второе рабочее закрепленное положение определяют из расчета полного раскрытия сильфонов 7 между поперечной перегородкой 3, установленной около центра цистерны, и концевой переборкой 6. При перемещении подвижной поперечной перегородки 3 к центру цистерны (из первого рабочего положения во второе рабочее положение) складные эластичные сильфоны 7 многократно увеличивают свой объем до максимально возможного объема за счет последовательного растяжения складок с кольцами жесткости 12 в длину. Шланги герметизации 22 продольной направляющей 5 заполнены сжатым воздухом, а полностью раскрытые в пространстве цистерны герметичные, водонепроницаемые сильфоны 7 заполняют балластной водой насосом 15 с целью замещения массы выгруженного из грузового танка 8 сжиженного газа подводного газовоза (фиг. 4).
Полностью раскрытые в грузовом танке цистерны герметичные водонепроницаемые сильфоны 7 позволяют использовать для перевозки балластной воды пространство цистерны, ранее занятом грузом, без контакта материала корпуса с балластной водой и без перекрестного загрязнения балластной воды остатками груза или газами.
Стопорение поперечных подвижных перегородок 3 осуществляют следующим образом. Когда эластичные сильфоны 7 полностью заполнены балластной водой, поперечные подвижные перегородки 3, максимально сближенные в центре цистерны, удерживают в этом положении гидроцилиндрами 19 и 20 с гидрозамками, которые перекрывают перемещение жидкости в полостях гидроцилиндров и надежно фиксируют гидроцилиндры 19 и 20 в полностью выдвинутом положении. Когда грузовой танк 8 цистерны заполнен сжиженным газом, стопорение подвижных перегородок 3 и полное сжатие сильфона 7 также осуществляют гидроцилиндрами 19 и 20. Гидроцилиндры 19 и 20 в сложенном положении зафиксированы теми же гидрозамками и дополнительно механическими замками.
Для эксплуатации балластно-грузовых цистерн используют также общекорабельные системы откачки протечек газа и его повторного сжижения, системы подачи инертного газа, систему гидравлики, систему воздуха низкого давления и другие.
Таким образом, изобретение обеспечивает попеременное хранение сжиженного газа и балластной воды в объеме одной цистерны подводного газовоза, что расширяет функциональные возможности балластно-грузовой цистерны и позволяет полностью отказаться от заместительных цистерн на подводном газовозе и уменьшить полное водоизмещение подводного газовоза.