НЕЗАВИСИМЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ ДЛЯ СУДНА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ СОСТАВНОЕ СУДНО
MARINE POWER GENERATION SELF-CONTAINED MODULE AND RESPECTIVE COMPOSITE VESSEL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области систем энергопитания, обеспечивающих возможность снабжения судов электроэнергией. Более конкретно, изобретение относится к модулям производства электроэнергии, выполненным с возможностью присоединения к судам с целью снабжения их энергией, необходимой для их передвижения и функционирования.
Уровень техники
В настоящее время многие суда содержат движущие средства, питаемые от энергоустановки, производящей электроэнергию. В большинстве случаев такая энергоустановка бывает установлена непосредственно на судне.
Однако для некоторых типов судов или энергоустановок может быть выгодным отделение энергоустановки от судна, особенно в случае судов, движимых с помощью атомной энергии. Действительно, использование атомной энергии может быть связано со значительными ограничениями, такими как запрет на заход в определенные порты и долговременные простои судна в период обслуживания энергоустановки, замены топливных элементов и т.п.
Поэтому предлагались решения с использованием энергоустановок, установленных на отдельных судах.
Так, в публикации WO 01/49562 предлагается составное судно, в которое входят, в частности, баржа и буксир-толкач, оборудованный движущими средствами, которые получают питание от энергоустановки. Форма кормы баржи соответствует форме носа буксира-толкача с обеспечением возможности механического соединения между ними, что позволяет перемещать баржу при помощи буксира-толкача. Недостаток данного решения состоит в отсутствии возможности независимого перемещения баржи без использования соответствующего буксира-толкача. Кроме того, размер такого составного судна обычно ограничен, в частности, вследствие потерь энергии в механическом соединении.
В патентном документе GB 949645 также был предложен разъединяемый комплекс судов, содержащий судно электропитания и, по меньшей мере, одно судно-спутник, каждое из которых оборудовано собственными движущими средствами. Энергию, вырабатываемую судном электропитания передают на судно-спутник посредством электрических кабелей, что обеспечивает относительную независимость судов, образующих данный комплекс.
Каждое из судов-спутников дополнительно содержит вспомогательную энергоустановку, обеспечивающую возможность временного отсоединения данного судна от судна электропитания, причем судно-спутник может представлять собой подводную лодку или надводное крупногабаритное судно.
Тем не менее, перемещение связки из судна электропитания и одного или нескольких судов-спутников, например, в неблагоприятных метеоусловиях, может быть осложнено, а осуществление передачи энергии затруднительно. Кроме того, перемещение судна электропитания и судна-спутника требует большего расхода энергии, чем перемещение одного судна.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в устранении недостатков, присущих известным решениям.
Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается отделяемый модуль для производства энергии для судна, выполненный с возможностью подачи энергии, необходимой для передвижения судна, и адаптируемый для использования с судами всех типов, в частности, с крупногабаритными судами, такими как грузовые суда, контейнеровозы или пассажирские суда.
Дальнейшая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в предложении отделяемого модуля для производства энергии для судна, обеспечивающего простые и надежные средства передачи энергии в любых обстоятельствах, в частности, в сложных метеорологических условиях.
Так, в соответствии с первым аспектом изобретения предложен модуль для производства электрической энергии для основного судна, выполненный с возможностью подачи энергии, необходимой для передвижения указанного основного судна, причем модуль выполнен в виде вспомогательного судна, независимого от основного судна и содержит энергоустановку, при этом вспомогательное судно снабжено средствами электрического соединения для установления электрического соединения между энергоустановкой и основным судном, а также средствами прикрепления к основному судну для обеспечения его совместного перемещения с указанным основным судном. Средства электрического соединения выполнены с возможностью подачи электрической энергии на движущие средства основного судна.
В соответствии с некоторыми предпочтительными, но не накладывающими каких-либо ограничений, аспектами модуля для производства энергии по изобретению, вспомогательное судно дополнительно содержит движущие средства, обеспечивающие его перемещение, независимо от основного судна, а энергоустановка представляет собой атомную установку, газовую установку или водородную установку.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается составное судно, содержащее основное судно и вспомогательное судно, причем вспомогательное судно представляет собой модуль по любому из предшествующих пунктов, а основное судно содержит средства для размещения вспомогательного судна.
В соответствии с некоторыми предпочтительными, но не накладывающими каких-либо ограничений, аспектами составного судна по изобретению, средства для размещения вспомогательного судна расположены в кормовой или боковой части основного судна; основное судно содержит приемную полость, форма которой дополняет форму вспомогательного судна так, что при прикреплении вспомогательного судна к основному судну средствами прикрепления вспомогательное судно не содержит выступающих поверхностей, препятствующих перемещению составного судна; при прикреплении вспомогательного судна к основному судну средствами прикрепления вспомогательное судно остается на плаву; средства прикрепления вспомогательного судна к основному судну выполнены так, что при прикреплении вспомогательного судна к основному судну средствами прикрепления основное судно буксирует вспомогательное судно; основное судно содержит док, обеспечивающий возможность приема вспомогательного судна во внутреннее пространство; а основное судно содержит вспомогательную энергоустановку, выполненную с возможностью подачи питания на движущие средства основного судна в стояночной конфигурации, причем производительность движущих средств в такой конфигурации значительно ниже, чем в случае подачи питания на движущие средства основного судна от энергоустановки вспомогательного судна.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики, задачи и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания примеров его осуществления, не накладывающих каких-либо ограничений, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:
на фиг.1 представлен в разрезе вид сверху составного судна по первому варианту осуществления изобретения в походной конфигурации;
на фиг.2 представлен в разрезе вид сверху составного судна по первому варианту осуществления изобретения в стояночной конфигурации;
на фиг.3 представлен в разрезе вид сверху составного судна по второму варианту осуществления изобретения в походной конфигурации;
на фиг.4 представлен в разрезе вид сверху составного судна по второму варианту осуществления изобретения в стояночной конфигурации.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение может быть использовано на судах любых типов. Однако применение изобретения особенно выгодно на крупногабаритных грузовых судах, контейнеровозах, военных судах, круизных судах или же паромах.
Энергетический модуль 2 по изобретению содержит энергоустановку 3, обеспечивающую возможность выработки энергии, необходимой для перемещения судна 1, называемого основным судном.
Мощность и тип энергоустановки 3 соответствуют потребностям основного судна 1, на которое энергоустановка передает энергию. Так, например, если основное судно 1 представляет собой крупногабаритное грузовое судно, в качестве энергоустановки 3 может быть использована атомная установка.
Энергоустановка также может представлять собой газовую установку, водородную установку или источник электроэнергии любого другого типа.
Энергетический модуль 2 выполнен в виде судна, называемого вспомогательным судном 2, независимого от основного судна 1, и оборудован средствами 7 электрического соединения для установления электрического соединения между энергоустановкой 3 и основным судном 1 с целью подачи электропитания на движущие средства 4 основного судна 1.
В оптимальном варианте вспомогательное судно 2 имеет небольшие размеры.
Как правило, его размер меньше размера основного судна 1, причем оно может иметь длину, составляющую от приблизительно одной десятой до приблизительно одной пятой длины основного судна 1.
В соответствии с необязательным вариантом осуществления изобретения вспомогательное судно 2 может содержать собственные движущие средства 5, обеспечивающие его автономное перемещение, в частности, когда вспомогательное судно не присоединено ни к какому основному судну. В таком случае, энергоустановка 3 вспомогательного судна 2 обеспечивает энергией только его собственные движущие средства 5.
Однако следует отметить, что движущие средства 5 вспомогательного судна 2 не приспособлены для перемещения основного судна 1: вспомогательное судно 2 не предназначено для толкания или буксировки основного судна 1, но лишь для обеспечения энергии, необходимой для его движущих средств 4.
В случае отсутствия движущих средств 5 вспомогательное судно 2, когда оно не присоединено к основному судну 1, перемещают при помощи одного или нескольких буксиров.
Кроме того, вспомогательное судно 2 и основное судно 1 содержат дополнительные средства 6а, 6b прикрепления, позволяющие обеспечить совместное перемещение вспомогательного судна 2 и основного судна 1 так, чтобы перемещение основного судна 1 вызывало соответствующее перемещение вспомогательного судна 2.
В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.1, средства 6а прикрепления обеспечивают возможность жесткого прикрепления вспомогательного судна 2 к основному судну 1. Такое прикрепление может быть осуществлено в любой части судна 1, в частности, в кормовой или боковой части основного судна 1. В таком случае, средства 6а прикрепления содержат средства механического соединения, расположенные в кормовой (или, соответственно, боковой) части основного судна.
Например, форма носовой части вспомогательного судна 2 может дополнять форму кормовой части основного судна 1.
Такие взаимно дополняющие формы могут представлять собой, в частности, выемку и выступ, расположенные, соответственно, в кормовой части основного судна 1 и в носовой части вспомогательного судна 2, или наоборот.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.1 и 2, основное судно 1 содержит приемную полость 12, которая, в частности, может быть предусмотрена в его кормовой (или, соответственно, боковой) части, причем ее форма дополняет общую форму вспомогательного судна 2 так, что вспомогательное судно 2 может быть полностью вставлено в основное судно 1 при их соединении в походной конфигурации, представленной на фиг.1, причем кормовая (или, соответственно, боковая) часть вспомогательного судна 2 расположена, по существу, в плоскости кормовой (или, соответственно, боковой) части основного судна 1. При этом вспомогательное судно 2 образует составную часть основного судна 1.
В любом варианте осуществления изобретения, когда суда соединены при помощи механических соединительных средств 6а, основное судно 1 и вспомогательное судно 2 жестко скреплены и образуют составное судно, перемещающееся как единое целое.
Поскольку размеры вспомогательного судна 2 меньше размеров основного судна 1, то вспомогательное судно 2, будучи прикреплено к основному судну 1, предпочтительно не содержит поверхностей, препятствующих совместному перемещению составного судна, в результате чего механическая нагрузка на его соединение 6а с основным судном 1 невелика.
Кроме того, вспомогательное судно 2, будучи прикреплено к основному судну 1, предпочтительно остается на плаву. Таким образом, в процессе перемещений вспомогательное судно 2 может уменьшить нагрузку на средства 6а прикрепления путем использования части энергии, вырабатываемой энергоустановкой 3, для обеспечения работы своих собственных движущих средств 5. Это не означает, что вспомогательное судно 2 выполняет функцию толкача и/или буксира основного судна 1, так как следует помнить, что движущие средства 5 вспомогательного судна 2 не приспособлены для такой операции.
Наконец, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения предусмотрены средства 7 электрического соединения, которые могут быть расположены, например, в кормовой и носовой частях основного судна 1 и вспомогательного судна 2, соответственно, причем такие средства обеспечивают возможность установления электрического соединения между энергоустановкой 3 вспомогательного судна 2 и основным судном 1.
Такое положение средств 7 соединения не накладывает каких-либо ограничений. Данные средства 7 также могут быть предусмотрены в верхней части вспомогательного судна 2 и соответствующей ей части основного судна 1 или же в любом другом подходящем для этого месте судов 1 и 2.
Аналогичным образом, средства механического сцепления могут быть расположены в других частях основного судна 1 и вспомогательного судна 2, причем их число может быть большим или меньшим в соответствии с соотношением размеров судов 1 и 2, типа средств прикрепления и т.д.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.3 и 4, основное судно 1 содержит док 8, выполненный с возможностью ввода в него вспомогательного судна 2. Таким образом, вспомогательное судно 2 может быть расположено во внутреннем пространстве 9 основного судна 1.
Термин «док» означает в данном случае погружной док, т.е. внутренний резервуар, образующий плавучий док. Таким образом, наполнение и осушение дока 8 обеспечивает возможность ввода в док и вывода из него транспортируемого плавучего оборудования, например, вспомогательного судна 2.
Для обеспечения этой возможности основное судно 1 содержит ворота 10, которые обеспечивают возможность доступа вспомогательного судна 2 в док 8. Ворота 10 и док 8 предпочтительно предусмотрены в кормовой части основного судна 1. После ввода в док 8 вспомогательного судна 2 оно может быть оставлено на плаву, или док может быть осушен.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения ворота 10 и док 8 могут быть предусмотрены в других частях основного судна, таких как носовая или боковая часть и т.п.
Док 8 может быть оборудован, например, средствами 6b прикрепления известного типа, обеспечивающими фиксацию вспомогательного судна 2 в доке основного судна 1, такими как система крепления грузов. Однако крепление вспомогательного судна 2 в основном судне 1 при помощи средств 6b прикрепления не обязательно должно быть жестким, поскольку вспомогательное судно 2 в любом случае перемещается вместе с основным судном 1 (так как оно расположено в доке 8).
Док 8 также содержит средства 7 электрического соединения со вспомогательным судном 2, обеспечивающие соединение между энергоустановкой 3 вспомогательного судна 2 и основным судном 1.
В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения основное судно 1 и вспомогательное судно 2 перемещаются совместно, так как основное судно 1 транспортирует вспомогательное судно 2, закрепленное в нем.
Основное судно 1 по изобретению также может содержать одновременно средства 6а прикрепления, расположенные в его кормовой части, и средства 6b прикрепления, предусмотренные во внутреннем пространстве указанного основного судна 1, чтобы обеспечить совместимость со вспомогательными судами по всем вариантам осуществления изобретения. В частности, одно и то же вспомогательное судно 2 может быть соединено с основным судном 1 как по одному, так и по другому варианту.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения основное судно 1 может быть одновременно соединено с несколькими вспомогательными судами. Например, первое вспомогательное судно может быть прикреплено к кормовой части основного судна 1 (в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.1), в то время как второе вспомогательное судно может быть расположено во внутреннем пространстве 9 основного судна (в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.3).
Во всех вариантах осуществления изобретения в походной конфигурации, в которой вспомогательное судно 2 жестко прикреплено к основному судну 1, энергоустановка 3 снабжает электроэнергией движущие средства 4 основного судна.
Движущие средства 4 основного судна могут содержать электродвигатели, выполненные с возможностью электрического соединения с соединительными средствами 7 в походной конфигурации.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения движущие средства могут иметь другую конструкцию, причем между движущими средствами 4 и средствами 7 электрического соединения могут быть предусмотрены средства преобразования энергии.
Таким образом, перемещение составного судна, образованного основным судном 1 и вспомогательным судном 2, осуществляют при помощи движущих средств 4 основного судна 1, получающего питание от энергоустановки 3 вспомогательного судна 2. Следовательно, вспомогательное судно 2 перемещается в соответствии с перемещениями основного судна 1.
Возможность такого принудительного перемещения вспомогательного судна 2 обеспечена, в частности, благодаря жесткому механическому прикреплению вспомогательного судна 2 к основному судну 1, как в варианте осуществления изобретения по фиг.1, так и в варианте осуществления изобретения по фиг.3.
Для этого средства 6а, 6b прикрепления должны быть выполнены с достаточной прочностью, чтобы выдерживать в течение долгого времени и в любых метеорологических условиях нагрузку, создаваемую вспомогательным судном 2 в процессе его перемещения основным судном 1.
В оптимальном варианте средства 6а, 6b прикрепления выполнены с учетом соответствующих характеристик вспомогательного судна 2 и основного судна 1 (формы, массы, грузоподъемности, водоизмещения, парусности, скорости, типа маршрутов и т.д.).
Основное судно 1 может дополнительно содержать вспомогательную энергоустановку 11, обеспечивающую его перемещение независимо от вспомогательного судна 2. Вспомогательная энергоустановка 11, как правило, менее мощная, чем энергоустановка 3 вспомогательного судна 2, обеспечивает питание движущих средств 4 основного судна при перемещениях на малые расстояния или в случае неисправности энергоустановки 3, причем производительность движущих средств в таких случаях значительно ниже, чем в режиме питания указанных движущих средств 4 основного судна 1 от энергоустановки 3 вспомогательного судна 2.
Мощность и тип вспомогательной энергоустановки 11, предусмотренной на борту основного судна 1, подбирают в соответствии с потребностями основного судна 1 в стояночной конфигурации или в случае частичного или полного выхода из строя энергетического модуля 2 в результате поломки. В частности, использование вспомогательной энергоустановки 11 предполагается для обеспечения энергетических потребностей собственной бортовой электрической сети и движущих средств основного судна только при перемещениях на малые расстояния, при перемещениях с малой скоростью и т.п. Например, вспомогательная энергоустановка 11 выполнена с возможностью обеспечения захода основного судна 1 в порт. Она также выполнена с возможностью обеспечения перемещения судна в других ситуациях, требующих ограниченного передвижения, таких как маневрирование судна 1 или его благополучное возвращение в порт в случае неисправности энергетического модуля 2.
Вспомогательная энергоустановка 11 может представлять собой, например, установку, работающую на жидком топливе, такую как набор генераторных модулей, оборудованных дизельным генератором. Вспомогательная энергоустановка 11, установленная на борту основного судна 1, предпочтительно совместима с движущими средствами 4 основного судна 1. В противном случае основное судно 1 дополнительно содержит средства преобразования энергии, предусмотренные между движущими средствами и вспомогательной энергоустановкой 11 основного судна 1.
Таким образом, в случае необходимости основное судно 1 может быть отделено от вспомогательного судна 2 и совершать перемещения в автономном режиме. В число условий, вызывающих такую необходимость, может входить заход в порт, не разрешающий использование атомных энергоустановок, замена, топливных элементов в энергоустановке 3 и т.п.
Например, при приближении составного судна к пункту назначения или при подходе к берегу основное судно 1 может «отдавать» вспомогательное судно 2 путем открепления средств 6а, 6b прикрепления, разъединения электрических соединений 7 и, в случае необходимости, вывода вспомогательного судна 2 в море через ворота 10 дока 8. В такой стояночной конфигурации основное судно 1 и вспомогательное судно 2 взаимно свободны и могут перемещаться независимо одно от другого.
Таким образом, в стояночной конфигурации основное судно 1 становится судном известного типа, перемещение которого обеспечивает, например, вспомогательная энергоустановка 11, что, в частности, облегчает его заход в порты, в то время как вспомогательное судно 2 становится автономным судном. В случае передвижения в составе крупного флота судов отделение основного судна 1 от его энергоустановки 3 (т.е. от вспомогательного судна 2) упрощает операции обслуживания и загрузки энергоустановки 3. Действительно, это не требует остановки основного судна 1, т.к. вспомогательное судно 2, на котором должны быть произведены такие работы, может быть просто заменено (путем стандартного обмена) на другое вспомогательное судно, уже находящееся в рабочем состоянии.
Возможность автономного перемещения вспомогательных судов значительно упрощает и ускоряет такой обмен, а также обеспечивает возможность их отвода в специальные терминалы перезарядки энергоустановок, например, таких как газовые, водородные или атомные установки.
Наконец, загрузка реакторов (ядерных, водородных и т.п.) может быть осуществлена в условиях повышенной безопасности и без остановки основного судна 1, так как в проведении такой загрузки в то время, когда энергоустановка 3 соединена с основным судном 1, нет необходимости.