ПНЕВМОСИСТЕМА ДЛЯ СУДНА С ВОЗДУШНЫМИ КАВЕРНАМИ НА ДНИЩЕ
PNEUMATIC SYSTEM FOR SHIP WITH AIR CAVITIES AT BOTTOM

Изобретение относится к судостроению и касается конструкции пневмосистемы для создания воздушных каверн на днище водоизмещающего судна с целью снижения гидродинамического сопротивления судна.
Известны быстроходные суда с днищевой воздушной каверной, RU №2116219 C1, В63В 1/38, 27.07.1998; RU №2041116 C1, В63В 1/38, 09.08.1995.
В известных быстроходных судах днищевая воздушная полость сообщена с турбонагнетателем главного двигателя внутреннего сгорания.
Известны суда с воздушной каверной на днище для мелководных акваторий, состоящее каждое из корпуса с воздушной каверной на днище, силовой установки и движительной установки, RU №2387569 С2, В63В 1/38, 27.04.2010; RU №2381131 C1, В63В 1/38, 10.02.2010; RU №2263602 С2, В63В 1/38,10.11.2005; RU №2172271 C1, В63В 1/38, 20.08.2001; RU №2047534 С1, В63В 1/38, 10.11.1995.
Известные суда выполнены с движительной установкой в виде водометов.
Известна система подачи воздуха или газа для формирования искусственных газовых каверн быстроходного судна с газовыми кавернами и одним и более водометными движителями, каждый из которых имеет обтекатель водозаборника, RU №2139807 C1, В63В 1/38, 20.10.1999.
Известное формирование искусственных газовых каверн быстроходного судна определено его конструкцией, а именно участки днища, расположенные по обе стороны от обтекателей водозаборников вблизи концевой их части, выполнены с отрицательной или обратной килеватостью шпангоутов, газ из каверны заполняет образовавшуюся нишу, граница замыкания каверны на поверхности днища смещается ближе к транцу судна, и площадь днища, покрываемая каверной, увеличивается и эффективность использования газовой каверны возрастает.
Известен быстроходный морской катер «МЕРКУРИЙ» на воздушной каверне, создаваемой путем подачи воздуха с избыточным давлением в заданное пространство под днищем судна и удерживаемой там за счет специальной профилировки днищевых обводов, обеспечивающей снижение сопротивления движению судна, www.khabexport.com/index.php?name=export_cat&op..id.
Известны суда на воздушной каверне как пассажирский катер СВК-10, пассажирские суда СВК-20, СВК-30, СВК-40, СВК-150, СВК-400, быстроходный служебный катер «Стриж», яхта «Атаман», морской скоростной контейнеровоз, www.shiprprnn.ru/seabull.php.
Известно устройство снижения гидродинамического сопротивления судна, содержащее смеситель для выработки рабочей среды, отверстия или щели с обтекателем по периметру подводной части корпуса, объединенные в автономные секции (днищевые, бортовые, палубные, выступающих частей корпуса), каждая секция имеет свой секционный коллектор и секционный трубопровод с дозирующим устройством, причем секционные трубопроводы соединены с общим трубопроводом, соединенным с выходом смесителя, RU №2303550 C1, В63В 1/00, 27.07.2007.
В известном устройстве в качестве смесителя используется трансзвуковой струйный аппарат, а рабочая среда - в виде вырабатываемой в смесителе однородной двухфазной газоводяной или пароводяной смеси содержит долю газа (воздуха, пара) от 20 до 90%.
Известен корпус судна туннельного типа, содержащий надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище с продольным подковообразным в поперечном сечении туннелем, простирающимся вдоль всего корпуса судна, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, при этом продольный туннель расположен ниже конструктивной ватерлинии с профилем сечения подводного корпуса по конструктивной ватерлинии, имеющим максимальную ширину в районе кормы, RU№2456196 C1, В63В 1/38, В63В 1/00, 20.07.2012.
Известные суда с днищевыми воздушными кавернами имеют индивидуальное конструктивное выполнение, определяемое типом судна, его силовой установкой, источником сжатого воздуха и элементами кавернообразования, а системы подачи воздуха для кавернообразования и технические варианты возможной эксплуатации пневмосистем - отсутствуют.
Известно водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище, оборудованное подвижными кавернообразующими элементами, состоящими из продольных ограничительных килей правого и левого бортов, продольных промежуточных килей, установленных между продольными ограничительными бортовыми килями, расположенных параллельно диаметральной плоскости судна и образующих продольные бортовые и центральную секции, и кавитаторов, расположенных на днище перпендикулярно к диаметральной плоскости судна и выполненных в виде наклонных пластин, и снабженными пневмоприводами, предназначенными для раскрытия в рабочее положение и складывания кавитаторов и продольных ограничительных бортовых и промежуточных килей, включающая источник сжатого воздуха и трубопроводы, RU №2461489 С2, В63В 1/38, 20.09.2012.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.
Все подвижные кавернообразующие элементы ближайшего аналога выполнены с возможностью их раскрытия и складывания на днище путем поворота вокруг своих осей, однако функциональная система подвода сжатого воздуха для создания, поддержания в рабочем состоянии и складывание кавернообразующих элементов отсутствует.
Конструктивное выполнение судна ближайшего аналога при отсутствии состава пневмосистемы и ее значение в процессе кавернообразования не раскрыты и это не позволяет оценить эксплуатацтонные качества судна.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей повысить эксплуатационные качества судна и эффективность управления системой подвода сжатого воздуха, расширить функциональные возможности пневмосистемы, усовершенствовать процесс кавернообразования и обеспечить безопасность при работе пневмосистемы.
Технический результат настоящего изобретения заключается в выполнении пневмосистемы двухконтурной, в раздельной подаче по напорному трубопроводу воздуха от единого источника сжатого воздуха в первый и во второй контуры, в функционировании первого контура - подача сжатого воздуха к пневмоприводам, поддерживание в автоматическом режиме рабочего давления при падении его ниже допустимой величины и эвакуация воздуха из пневмоприводов в атмосферу по дренажному трубопроводу, в функционировании второго контура - подача сжатого воздуха для создания и поддержания воздушных каверн под днищем судна, в снабжении первого контура клапаном с приводом дистанционного управления, датчиком давления и пневмоприводами для раскрытия в рабочее положение и складывания кавитаторов и продольных килей, клапаном с приводом дистанционного управления на дренажном трубопроводе, в снабжении второго контура клапаном с приводом дистанционного управления, трубопроводом подачи сжатого воздуха в продольные бортовые и центральную секции к кавитаторам, донными кингстонами и невозвратно-запорными клапанами, в установке на всасывающем трубопроводе клапана с приводом дистанционного управления.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что пневмосистема для судна с воздушными кавернами на днище включает источник сжатого воздуха и трубопроводы.
Судно оборудовано подвижными кавернообразующими элементами, состоящими из продольных ограничительных килей правого и левого бортов, продольных промежуточных килей, установленных между продольными ограничительными бортовыми килями, расположенных параллельно диаметральной плоскости судна и образующих продольные бортовые и центральную секции.
Судно оборудовано подвижными кавернообразующими элементами, состоящими из кавитаторов, расположенных на днище перпендикулярно к диаметральной плоскости судна и выполненных в виде наклонных пластин,
Судно оборудовано подвижными кавернообразующими элементами, снабженными пневмоприводами, предназначенными для раскрытия в рабочее положение и складывания кавитаторов и продольных ограничительных бортовых и промежуточных килей.
Пневмосистема выполнена двухконтурной, имеет возможность раздельной подачи воздуха от единого источника сжатого воздуха по напорному трубопроводу в первый и во второй контуры.
Единый источник сжатого воздуха сообщен со всасывающим трубопроводом посредством клапана с приводом дистанционного управления, установленного на нем.
Первый контур снабжен клапаном с приводом дистанционного управления и датчиком давления, имеет возможности подачи сжатого воздуха по трубопроводам к пневмоприводам посредством запорных клапанов, дополнительно поддерживания в автоматическом режиме рабочего давления при падении его ниже допустимой величины посредством датчика давления, эвакуации воздуха из пневмоприводов в атмосферу по дренажному трубопроводу посредством клапана с приводом дистанционного управления, рабочее положение «открыто» которого соответствует положению «закрыто» клапана с приводом дистанционного управления, установленного на всасывающем трубопроводе.
Второй контур снабжен клапаном с приводом дистанционного управления, имеет возможность подачи сжатого воздуха по трубопроводу через донные кингстоны в продольные бортовые и центральную секции к кавитаторам для создания и поддержания воздушных каверн под днищем судна.
При этом единый источник сжатого воздуха имеет возможность обеспечения расчетных значений производительности и давления воздуха, достаточных для создания и поддержания каверн.
Кроме того, на трубопроводе подачи сжатого воздуха второго контура и на напорном трубопроводе устанавлены невозвратно-запорные клапаны для предотвращения попадания забортной воды через донные кингстоны в источник сжатого воздуха.
Кроме того, донные кингстоны сообщены посредством невозвратно-запорных клапанов с трубопроводом подвода воды для промывки их от возможных загрязнений.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Выполнение пневмосистемы двухконтурной с раздельной подачей воздуха от единого источника сжатого воздуха по напорному трубопроводу в первый и во второй контуры повышает эксплуатационные качества судна.
Выполнение первого контура для подачи сжатого воздуха к пневмоприводам, поддерживание в автоматическом режиме рабочего давления и эвакуация воздуха из пневмоприводов в атмосферу, а второго контура для подачи сжатого воздуха к кавитаторам для создания и поддержания воздушных каверн под днищем судна расширяет функциональные возможности пневмосистемы.
Снабжение первого контура клапаном с приводом дистанционного управления, датчиком давления, пневмоприводами и клапаном с приводом дистанционного управления на дренажном трубопроводе, повышает эффективность управления системой подвода сжатого воздуха и повышает эксплуатационные качества судна.
Снабжение второго контура клапаном с приводом дистанционного управления, трубопроводом подачи сжатого воздуха в продольные бортовые и центральную секции к кавитаторам, донными кингстонами и невозвратно-запорными клапанами усовершенствует процесс кавернообразования и повышает эксплуатационные качества судна.
Наличие в первом контуре клапана с приводом дистанционного управления, датчика давления, клапана с приводом дистанционного управления на дренажном трубопроводе, а во втором контуре клапана с приводом дистанционного управления, трубопровода подачи сжатого воздуха в секции, донных кингстонов, невозвратно-запорных клапанов для предотвращения попадания забортной воды в источник сжатого воздуха, невозвратно-запорных клапанов на трубопроводе подвода воды для промывки донных кингстонов от возможных загрязнений, а также наличие клапана с приводом дистанционного управления на всасывающем трубопроводе обеспечивает безопасность при работе пневмосистемы и повышает эффективность управления системой подвода сжатого воздуха.
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - схема пневмосистемы и пневмоприводы кавернообразующих элементов;
на фиг.2 - узел А на фиг.1;
на фиг.3 - схема расположения кавернообразующих килей и кавитаторов.
На чертежах представлено:
Судно - 1,
днище (судна 1) - 2.
Подвижные кавернообразующие элементы (судна 1) - 3,
продольный ограничительный киль правого борта (элементов 3) - 4,
продольный ограничительный киль левого борта (элементов 3) - 5,
продольный промежуточный киль (по правому борту элементов 3) - 6,
продольный промежуточный киль (по левому борту элементов 3) - 7,
кавитаторы в виде наклонных пластин (элементов 3) - 8,
продольная секция правого борта (между килями 4 и 6) - 9,
продольная секция левого борта (между килями 5 и 7) - 10,
продольная центральная секция (между килями 6 и 7) - 11.
Источник сжатого воздуха - 12.
Всасывающий трубопровод - 13,
клапан с приводом дистанционного управления (на трубопроводе 13) - 14.
Напорный трубопровод - 15,
невозвратно-запорный клапан (на трубопроводе 15) - 16.
Пневмосистема - двухконтурная - 17.
Первый контур (системы 17) - 18,
клапан с приводом дистанционного управления (контура 18) - 19,
датчик давления (контура 18) - 20,
трубопроводы подачи сжатого воздуха в пневмоприводы (контура 18) - 21,
запорные клапаны в виде блоков по правому борту (контура 18) - 22,
запорные клапаны в виде блоков по левому борту (контура 18) - 23.
Дренажный трубопровод - 24,
клапан с приводом дистанционного управления (на трубопроводе 24) - 25.
Второй контур (системы 17) - 26,
клапан с приводом дистанционного управления (контура 26) - 27,
трубопроводы подачи сжатого воздуха (контура 26) - 28,
невозвратно-запорные клапаны (на трубопроводе 28) - 29,
Донные кингстоны (контура 26) - 30.
Трубопровод подвода воды для промывки (кингстонов 30) - 31,
невозвратно-запорные клапаны (на трубопроводе 31) - 32.
Пневмосистема 17 для судна 1 с воздушными кавернами на днище 2 выполнена двухконтурной и имеет возможность раздельной подачи воздуха от единого источника 12 сжатого воздуха в первый 18 и во второй 26 контуры.
Единый источник 12 сжатого воздуха имеет расчетные значения производительности и давления воздуха, которые достаточны для создания и поддержания каверн.
Судно 1 оборудовано подвижными кавернообразующими элементами 3.
Кавернообразующие элементы 3 состоят из продольного ограничительного киля 4 правого борта, продольного ограничительного киля 5 левого борта, продольного промежуточного киля 6 со стороны правого борта, продольного промежуточного киля 7 со стороны левого борта. Продольные промежуточные кили 6 и 7 установлены между продольными ограничительными бортовыми килями 4 и 5, соответственно.
Кили 4, 5, 6, 7 расположены параллельно диаметральной плоскости судна 1 и образуют продольные бортовые 9, 10 секции и центральную секцию 11.
Кавернообразующие элементы 3 состоят также из кавитаторов 8.
Кавитаторы 8 расположены на днище 2 перпендикулярно к диаметральной плоскости судна 1 и выполнены в виде наклонных пластин.
Кавернообразующие элементы 3 снабжены пневмоприводами для раскрытия элементов 3 при рабочем положении и для складывания кавитаторов 8 и продольных ограничительных бортовых 4, 5 и промежуточных 6, 7 килей.
Пневмосистема 17 содержит трубопровод подачи сжатого воздуха 21 в пневмоприводы контура 18, дренажный трубопровод 24, трубопровод подачи сжатого воздуха 28 к кавитаторам 8 контура 26. Работу пневмосистемы 17 обеспечивают трубопроводы: всасывающий 13 и напорный 15.
Единый источник 12 сжатого воздуха сообщен с всасывающим трубопроводом 13 посредством клапана 14 с приводом дистанционного управления, установленным на нем.
Первый контур 18 снабжен клапаном с приводом дистанционного управления 19 и датчиком давления 20.
По первому контуру 18 осуществляется подача сжатого воздуха по трубопроводам 21 к пневмоприводам посредством запорных клапанов 22 и 23.
По первому контуру 18 осуществляется дополнительно поддерживание в автоматическом режиме рабочего давления при падении его ниже допустимой величины посредством датчика давления 20.
По первому контуру 18 осуществляется эвакуация воздуха из пневмоприводов в атмосферу по дренажному трубопроводу 24 посредством клапана 25 с приводом дистанционного управления. При этом рабочее положение «открыто» клапана 25 с приводом дистанционного управления соответствует положению «закрыто» клапана с приводом дистанционного управления 14, установленным на всасывающем трубопроводе 13.
Второй контур 26 снабжен клапаном 27 с приводом дистанционного управления, трубопроводом 28 подачи сжатого воздуха, донными кингстонами 30.
По второму контуру 26 осуществляется подача сжатого воздуха по трубопроводу 28 через донные кингстоны 30 в продольные бортовые 9, 10 секции и центральную 11 секцию к кавитаторам 8 для создания и поддержания воздушных каверн под днищем 2 судна 1.
На трубопроводе подачи сжатого воздуха 28 второго контура 26 устанавлены невозвратно-запорные клапаны 29 и на напорном трубопроводе 15 устанавлен невозвратно-запорный клапан 16 для предотвращения попадания забортной воды через донные кингстоны 30 в источник сжатого воздуха 12.
Донные кингстоны 30 сообщены посредством невозвратно-запорных клапанов 32 с трубопроводом подвода воды 31 для промывки их от возможных загрязнений.
Эксплуатацию пневмосистемы осуществляют следующим образом.
Атмосферный воздух через грибовидную запорную головку поступает по всасывающему трубопроводу 13 к источнику сжатого воздуха 12 (воздуходувке, компрессору).
От единого источника 12 сжатый воздух под давлением, превышающим гидростатическое давление воды на уровне днища 2, поступает в напорный трубопровод 15. От напорного трубопровода 15 сжатый воздух может быть подан в первый контур 18 или во второй контур 26 пневмосистемы 17.
При подаче сжатого воздуха в первый контур 18 клапан с приводом дистанционного управления 19 находится в положении «открыто», а клапан с приводом дистанционного управления 27 второго контура 26 - в положении «закрыто».
Сжатый воздух через клапан 19 по трубопроводу подачи сжатого воздуха 21 поступает к пневмоприводам продольных ограничительных бортовых килей 4 и 5 и кавитаторов 8.
При выполнении операции по раскрытию (установке в рабочее положение) подвижных кавернообразующих элементов 3 сжатый воздух через открытый клапан 19 по трубопроводам 21 посредством запорных клапанов 22 и 23, выполненных в виде блоков, поступает в пневмоприводы.
Запорные клапаны 23 в виде трехклапанных блоков, устанавленные по левому борту, обеспечивают подачу сжатого воздуха в пневмоприводы продольного ограничительного киля 5 левого борта и продольного промежуточного киля 7 со стороны левого борта, а также в пневмоприводы кавитаторов 8, расположенные в продольной секции 10 левого борта.
Запорные клапаны 22 в виде сдвоенных двухклапанных блоков, устанавленные по правому борту, обеспечивают подачу сжатого воздуха в пневмоприводы продольного ограничительного киля 4 правого борта и продольного промежуточного киля 6 со стороны правого борта, а также в пневмоприводы кавитаторов 8, расположенные в продольной секции 9 правого борта и продольной центральной секции 11.
Установка запорных клапанов 22 и 23 в виде трехклапанных блоков и сдвоенных двухклапанных блоков, соответственно, справедлива для пневмосистемы 17, представленной на фиг.1. При установке на днище трех продольных промежуточных килей запорные клапаны в виде спаренных двухклапанных блоков устанавливают как по правому, так и по левому бортам.
Пневмосистема 17 поддерживает требуемое давление в пневмоприводах. Если давление в пневмоприводах падает ниже допустимого уровня, датчик давления 20 срабатывает и дает команду на закрытие клапана 27 и открытие клапана 19: подача сжатого воздуха в каверны временно прекращается и воздух направляется в пневмоприводы для восстановления давления в них до требуемой величины.
После восстановления давления в пневмоприводах датчик давления 20 вновь срабатывает и дает команды клапанам 27 и 19 на возобновление подачи сжатого воздуха в каверны и «запирание» трубопроводов 21 подачи воздуха в пневмоприводы, соответственно.
При подаче сжатого воздуха в трубопровод 28 клапан 27 открывается, клапан 19 закрывается.
Завершение операции по раскрытию продольных килей 4, 5, 6 и 7 и кавитаторов 8 фиксирует датчик давления 20 по моменту стабилизации давления воздуха в системах пневмоприводов. После этого датчик давления 20 срабатывает и дает команду на автоматическое закрытие клапана 19 и открытие клапана 27. Сжатый воздух по трубопроводу 28 через донные кингстоны 30 поступает под днище 2 в продольную бортовую секцию 9 правого борта, продольную бортовую секцию 10 левого борта и в продольную центральную секцию 11 для создания каверн.
Для предотвращения попадания забортной воды через донные кингстоны 30 в источник сжатого воздуха 12 на трубопроводе подачи сжатого воздуха 28 второго контура 26 устанавливают невозвратно-запорные клапаны 29 и на напорном трубопроводе 15 - невозвратно-заорный клапан 16.
Для промывки донных кингстонов 30 от возможных загрязнений предусмотрена возможность подачи к ним воды от водяной напорной магистрали через трубопровод 31, на котором установлены невозвратно-запорные клапаны 32.
Для выполнения операции по складыванию подвижных кавернообразующих элементов 3 отключают единый источник подачи воздуха 12, клапан 25 с приводом дистанционного управления находится в положении «открыто» и воздух из пневмоприводов под действием статического давления воды по дренажному трубопроводу 24 через грибовидную запорную головку эвакуируется в атмосферу, при этом клапан 14 на всасывающем трубопроводе 13 закрыт.
В штатном режиме работы пневмосистемы 17 клапан 25 находится в положении «закрыто» и принимает положение «открыто» одновременно с закрытием клапана 14 с приводом дистанционного управления по команде из рулевой рубки при необходимости складывания кавернообразующих элементов.
Клапан 14 с приводом дистанционного управления, установленный на всасывающем трубопроводе 13, предотвращает попадание воздуха в источник сжатого воздуха 12 в случае эвакуации воздуха.
При эвакуации воздуха из пневмоприводов в атмосферу пневмоприводы под воздействием сил гидростатического давления воды сжимаются и перемещают прикрепленные к ним подвижные кавернообразующие элементы 3: кавитаторы 8 прижимаются к днищу 2, продольные кили 4, 5, 6, 7, выполняемые из прочного и гибкого материала (например, полипропилена, полиуретана и т.п.), прижимаются к днищу 2 и к кавитаторам 8.
Управление пневмосистемой 17 осуществляет один вахтенный из рулевой рубки судна 1.
Пневмосистема 17 обеспечивает:
- установку подвижных кавернообразующих элементов 3 в рабочее положение и их складывание на днище 2 судна 1 при отсутствии каверны (движение судна на интенсивном волнении, на предельном мелководье, движение задним ходом и т.д.);
- создание и поддержание воздушных каверн на днище 2 судна 1 в расчетном режиме движения;
- восстановление расчетного давления воздуха в пневмоприводах подвижных кавернообразующих элементов 3 в случае его падения ниже заранее заданной допустимой величины;
- экстренную эвакуацию воздуха из каверн и пневмоприводов в атмосферу при возникновении опасных ситуаций;
- промывку донных кингстонов 30 от возможных загрязнений.
Предложенная пневмосистема для судна с воздушными кавернами на днище содержит кавернообразующие элементы, запорную, предохранительную арматуру, клапаны с приводом дистанционного управления, устройства для хранения сжатого воздуха и устройства для его подачи, широко применяемые в судостроении, и проведенные проектно-конструкторские и технологические проработки ОАО «Инженерный центр судостроения» обусловливают, по мнению заявителя, соответствие ее критерию «промышленная применимость».
Заявляемая пневмосистема позволяет:
- повысить эксплуатационные качества судна;
- повысить эффективность управления системой подвода сжатого воздуха;
- расширить функциональные возможности пневмосистемы;
- усовершенствовать процесс кавернообразования;
- обеспечить безопасность при работе пневмосистемы.