СУДНО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ЭНЕРГИЮ КАЧКИ КОРПУСА
SHIP EXPLOITING HULL PITCH-AND-ROLL ENERGY

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судам, используемым энергию качки собственного корпуса, то есть оснащенным устройствами для отбора энергии качки собственного корпуса для дополнительного снабжения судовых потребителей.
Суда в открытом море подвержены постоянным колебаниям корпуса под воздействием внешних сил, а именно морских волн, ветра. Учитывая постоянный рост цен на судовое топливо, данное изобретение нацелено на решение задачи по экономии судового топлива за счет выработки дополнительной электрической энергии, получаемой от качки собственного корпуса судна и используемой для любых судовых потребителей (электроприборы, судовой гребной винт и т.п.).
В настоящее время известно большое количество запатентованных технических решений, направленных на решение указанной задачи, которые отличаются большим разнообразием и, как правило, с использованием выдвижных за корпус судна плавников и крыльев. Однако известные технические решения значительным образом ухудшают мореходные качества судна за счет увеличения сопротивления при движении судов с выдвижными конструкциями.
Анализ отобранной в процессе поиска информации позволил выявить наиболее близкое судно, содержащее основной надводный неводоизмещающий корпус для перевозки грузов и пассажиров, имеющий водонепроницаемые шахты и поддерживаемый над уровнем моря подпружиненными понтонами при помощи опирающихся на них колонн с устройствами для отбора энергии вертикальной качки понтонов, сами понтоны выполнены обтекаемой в направлении движения судна формы корпуса с запасом плавучести и снабжены устройством для отбора энергии бортовой и килевой качки, снабженным зубчатыми рейками, кинематически связанными с потребителем энергии, с осями качания, вмонтированными для съема энергии бортовой качки в плоскости ДП судна, а для съема энергии килевой качки - в плоскости шпангоута (см. авт. св. СССР №1273298 на изобретение «Судно». МПК (4) B63B 35/00, B63H 19/02, F03B 13/12. Заявлено 13.04.84, опубл. 30.11.86, бюл. №44. Автор - Д.Н.Николаев).
Известное судно позволяет осуществлять отбор энергии как вертикальной качки, так и бортовой, и килевой. Однако известное судно с устройствами для отбора энергии качки очень сложно и громоздко по конструкции, что чрезвычайно затруднит его использовать как при модернизации существующих судов, так и при строительстве новых.
Кроме того, при модернизации существующих судов потребуются значительные финансовые и материальные затраты.
Из-за сложности конструкции оно сложно в эксплуатации, не позволяет обеспечивать безопасность плавания судна в условиях сильного волнения моря, в связи с этим не обеспечивает эффективность безопасности мореплавания судна, соответственно безопасность перевозки людей и грузов.
Такая конструкция судна и устройств для отбора энергии качки значительно сужает функциональные возможности судна.
Таким образом, известное судно, использующее энергию качки корпуса, характеризуется недостаточно высокой эффективностью при его эксплуатации ввиду указанных выше недостатков.
Заявляемое в качестве изобретения техническое решение судна, использующего энергию качки корпуса, позволяет достичь нового технического результата - повышение эффективности эксплуатации судна, используемого энергию качки корпуса, путем упрощения его конструкции, компактности, простоты устройств для отбора энергии бортовой и килевой качки, надежности эксплуатации судна при использовании указанных устройств и снижения затрат на переоборудование судна при размещении устройств для отбора энергии качки и вновь строящегося судна.
Следующая совокупность существенных признаков характеризует сущность предлагаемого в качестве изобретения технического решения и способствует достижению нового технического результата.
Судно, используемое энергию качки корпуса, содержащее борта, носовую и кормовую части, палубу, и устройства для отбора энергии бортовой и килевой качки, снабженные механизмами преобразования энергии, сообщенными с потребителем энергии, отличающееся тем, устройство для отбора энергии бортовой и килевой качки выполнено в виде станины и рабочего тела заданной массы, снабженного опорными роликами с единой для каждой пары осью вращения и позиционирующими роликами и размещенного внутри станины с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри последней, и снабжено механизмом для регулирования положения рабочего тела и тормозным механизмом, при этом механизм для регулирования положения рабочего тела установлен на оси одной пары опорных роликов, а механизм преобразования энергии установлен соответственно на оси другой пары опорных роликов, причем при отборе энергии килевой качки рабочее тело устройства расположено с возможностью перемещения параллельно диаметральной плоскости судна, а при отборе энергии бортовой качки - перпендикулярно диаметральной плоскости судна.
Достижению технического результата способствует и то, что рабочее тело устройства выполнено в форме резервуара и для крепления последнего плиты, снабженной проушинами, необходимыми для размещения осей вращения пар опорных роликов и для жесткого крепления к рабочему телу позиционирующих роликов.
Результат достигается и тем, что станина устройства выполнена с основанием, парой соответственно боковин и боковых стенок, основание станины выполнено с направляющими для перемещения пар опорных роликов, боковины станины выполнены с направляющими, имеющими пазы для размещения и перемещения позиционирующих роликов.
Для достижения технического результата устройство для отбора энергии бортовой и килевой качки снабжено демпферными элементами, установленными на боковых стенках станины и выполненными механическими или электромагнитными
Результат также достигается тем, что механизм для регулирования положения рабочего тела выполнен в виде электродвигателя прерывистого действия, тормозной механизм устройства выполнен в виде дискового тормоза, предназначенного для торможения оси каждой пары опорных роликов.
Установление устройства для отбора энергии качки на палубе судна на свободных от судовых механизмов местах вдоль бортов и в носовой или кормовой частях судна и крепление станины устройства съемным способом также обеспечивают технический результат.
Достижению технического результата способствует снабжение судна защитным для устройства для отбора энергии качки кожухом.
Итак, анализ выявленной информации о существующем уровне техники в области судостроения и сущность предложенного изобретения показали, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение судна, используемого энергию качки корпуса, отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Судно, используемое энергию качки корпуса, содержащее борта, носовую и кормовую части, палубу, и устройства для отбора энергии бортовой и килевой качки, снабженные механизмами преобразования энергии, сообщенными с потребителем энергии, позволяют осуществлять использование энергии бортовой и килевой качки корпуса судна для выработки дополнительной энергии для судовых потребителей энергии.
Выполнение устройства для отбора бортовой и килевой качки в виде станины, имеющей основание, пару соответственно боковин и боковых стенок, и рабочего тела заданной массы, размещенного внутри станины с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри последней, обеспечивает не только простоту самой конструкции устройства, но и надежное перемещение рабочего тела внутри станины.
Выполнение основания станины устройства с направляющими для перемещения пар опорных роликов, боковин станины с направляющими, имеющими пазы для размещения и перемещения позиционирующих роликов, обеспечивает надежное перемещение опорных роликов по установленным на станине направляющим без каких-либо сдвигов и сходов последних, следовательно, и рабочего тела, за счет надежного перемещения позиционирующих роликов, возможного благодаря перемещению внутри пазов своих направляющих. Тем самым обеспечиваются надежность как устройства, так и надежность его эксплуатации. Это совместно с другими признаками технического решения способствует достижению поставленного технического результата.
Снабжение устройства механизмом для регулирования положения рабочего тела, выполненным в виде электродвигателя прерывистого действия, и тормозным механизмом, выполненным в виде дискового тормоза, предназначенного для торможения оси каждой пары опорных роликов, обеспечивает надежное и равномерное перемещение рабочего тела между боковыми стенками станины даже в случаях заклинивания или несовпадения колебательных фаз судна и рабочего тела, а в особых случаях (шторм, штиль, бункеровка и т.п.) обеспечивает торможение и полную остановку рабочего тела.
Кроме того, стандартное промышленное исполнение указанных механизмов надежно, просто в использовании и эксплуатации. Это совместно с другими признаками обеспечивает надежность эксплуатации судна с устройствами для отбора энергии качки.
Установление механизма для регулирования положения рабочего тела на оси одной пары опорных роликов, а механизма преобразования энергии соответственно на оси другой пары опорных роликов способствует оптимальному расположению центра масс устройства, обеспечивая тем самым надежность как устройства в эксплуатации, так и судна в целом.
Кроме того, размещение механизма преобразования энергии на оси пары опорных роликов обеспечивает преобразование механической энергии перемещения опорных роликов в электрическую.
Расположение устройства на судне с возможностью обеспечения возвратно-поступательного движения рабочего тела между боковыми стенками станины для отбора энергии килевой качки параллельно диаметральной плоскости судна, а для отбора энергии бортовой качки перпендикулярно диаметральной плоскости судна, обеспечивает эффективный отбор энергии килевой и бортовой качки корпуса судна с последующим ее преобразованием посредством механизма преобразования энергии в дополнительную электрическую энергию для судовых потребителей.
Выполнение рабочего тела в форме резервуара и для крепления последнего плиты, снабженной проушинами, необходимыми для размещения осей вращения пар опорных роликов и жесткого крепления к рабочему телу позиционирующих роликов, обеспечивает необходимую конструктивную надежность, прочность и работоспособность устройства, а также его простоту и компактность.
Снабжение устройства для отбора энергии бортовой и килевой качки демпферными элементами, установленными на боковых стенках станины и выполненными механическими или электромагнитными, предотвращает возможные сильные удары о боковые стенки при возвратно-поступательном перемещении рабочего тела, обеспечивает надежность конструкции, а также компактность и простоту устройства. Это способствует надежности устройства и его эксплуатации, следовательно, судна в целом.
Установление устройства для отбора энергии качки на палубе судна на свободных от судовых механизмов местах вдоль бортов и в носовой или кормовой частях судна и крепление станины устройства съемным способом обеспечивают не только функциональную работоспособность, но и простоту и минимальные затраты на дооборудование судов указанным устройством, а также вновь строящихся. Кроме того, такой съемный способ позволяет в случае необходимости (ремонт, отсутствие необходимости, отсутствие достаточных мест и т.п.) достаточно просто удалить устройство для дальнейшего его использования, например, на другом судне.
Снабжение судна кожухом, защитным для устройства для отбора энергии качки, препятствует контакту движущихся частей устройства с морской средой. Это обеспечивает надежную работоспособность в процессе эксплуатации устройства, что совместно с другими признаками способствует достижению технического результата.
Таким образом, предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
В ходе проведенного заявителем поиска информации в области судостроения обнаружены отдельные отличительные признаки заявленного изобретения: наличие роликов, тормозной механизм в виде дискового тормоза, механизм для регулирования положения рабочего тела в виде электродвигателя прерывистого действия.
Однако совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения, способствующая достижению нового технического результата, и ее влияние на последний из существующего уровня техники в области судостроения не обнаружены.
Именно совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить новый технический результат - повышение эффективности эксплуатации судна, используемого энергию качки корпуса, путем упрощения его конструкции, компактности, простоты устройств для отбора энергии бортовой и килевой качки, надежности эксплуатации судна при использовании указанных устройств и снижения затрат на переоборудование судна при размещении устройств для отбора энергии качки и вновь строящегося судна.
Следовательно, предлагаемое изобретение обладает таким критерием патентоспособности как «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение поясняется с помощью чертежей, где:
на фиг.1 изображено судно с устройством для отбора энергии бортовой и килевой качки, вид сверху;
фиг.2 - устройство, вид спереди;
фиг.3 - то же, вид сверху;
фиг.4 - то же, аксонометрия.
Лучший вариант осуществления изобретения
На судне 1 (см. фиг.1), которое использует энергию качки корпуса, содержащем борта 2, носовую 3 и кормовую части 4, палубу 5, установлены устройства 6 для отбора энергии бортовой и килевой качки, снабженные механизмами 7 преобразования энергии, сообщенными с потребителем энергии (на черт. не показаны) через инвертор 8 и ГРЩ 9 (главный распределительный щит) посредством электрического проводника 10.
Механизм 7 преобразования энергии - промышленно выпускаемое оборудование, включающее, например, зубчатое сцепление, мультипликатор, регулятор оборотов.
Устройство 6 для отбора энергии качки установлено на палубе 5 судна 1 на свободных от судовых механизмов местах вдоль бортов 2 и в носовой 3 части, может быть установлено и в кормовой части 4 судна 1.
Устройство 6 (см. фиг.2, 3, 4) выполнено в виде станины 11 и размещенного внутри последней рабочего тела 12 заданной массы, рассчитанной с целью обеспечения надежного возвратно-поступательного перемещения внутри станины 11 и выработки необходимого количества механической энергии, которая затем поступает на преобразование в электрическую.
Устройство 6 снабжено механизмом 13 для регулирования положения рабочего тела и тормозным механизмом 14.
Рабочее тело 12 устройства 6 снабжено опорными роликами 15 с единой для каждой пары роликов 15 осью 16 вращения и позиционирующими роликами 17.
Рабочее тело 12 устройства 6 выполнено в форме резервуара, закрепленного на плите 18, снабженной проушинами 19, необходимыми для размещения осей 16 вращения пар опорных роликов 15 и для жесткого крепления к рабочему телу 12 позиционирующих роликов 17.
Станина 11 устройства 6 выполнена с основанием 20, парой соответственно боковин 21 и боковых стенок 22. Основание 20 станины 11 выполнено с направляющими 23 для перемещения пар опорных роликов 15. Боковины 21 станины 11 выполнены с направляющими 24, имеющими 25 пазы (см. фиг.4) для размещения и перемещения позиционирующих роликов 17.
Такое размещение и крепление к рабочему телу 12 позиционирующих роликов 17 позволяет им перемещаться одновременно с роликами 15, обеспечивая им в то же время заданное место нахождения на станине 11 устройства 6, предотвращая их несамопроизвольный сход с направляющих 23.
Станина 11 устройства 6 закреплена съемным способом, например, с помощью болтовых соединений 26. Такое крепление обеспечивает не только надежность, простоту, но и позволяет в случаях необходимости убрать устройство 6 с места на палубе 5 судна 1.
Устройство 6 для отбора энергии бортовой и килевой качки снабжено демпферными элементами 27 (см. фиг.2, 3, 4), установленными на боковых стенках 22 станины 11 и выполненными механическими, например пружины, или электромагнитными. Демпферные элементы - стандартно выпускаемое промышленностью оборудование.
Демпферные элементы 27 предназначены для предотвращения возможных сильных ударов рабочего тела 12 о боковые стенки 22 при его возвратно-поступательном перемещении.
При отборе энергии килевой качки рабочее тело 12 устройства 6 расположено с возможностью возвратно-поступательного перемещения параллельно диаметральной плоскости (ДП) судна 1, например вдоль бортов 2 судна 1. При отборе энергии бортовой качки рабочее тело 12 устройства 6 расположено с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно ДП судна 1, например, в носовой части 3 или кормовой части 4 судна 1
На судне 1 установлен защитный кожух для устройства для отбора энергии качки корпуса (на фиг. не показан), препятствующий вредному воздействию морской среды на устройство 6.
Механизм 13 для регулирования положения рабочего тела 12 выполнен в виде электродвигателя прерывистого действия, выпускаемого как отечественной промышленностью, так и зарубежной.
Тормозной механизм 14 устройства 6 выполнен в виде дискового тормоза, например, автомобильный дисковый тормоз с тормозной колодкой, и предназначен для торможения оси каждой пары опорных роликов 15 и, как следствие, всей конструкции. Тормозной механизм 14 установлен на оси 16 рядом с роликом 15.
Механизм 13 для регулирования положения рабочего тела 12 и тормозной механизм 14 устройства 6 обеспечивают надежное и равномерное перемещение рабочего тела 12 между боковыми стенками 22 станины 11 даже в случаях заклинивания или несовпадения колебательных фаз судна 1 и рабочего тела 12, а в особых случаях (шторм, штиль, бункеровка и т.п.) обеспечивают торможение и полную остановку рабочего тела 12.
Механизм 13 для регулирования положения рабочего тела 12 установлен на оси 16 одной пары опорных роликов 15, механизм 7 преобразования энергии установлен соответственно на оси 16 другой пары опорных роликов 15. Это сделано для оптимального распределения центра масс устройства 6.
Управление устройством 6 для отбора энергии качки, а именно механизмами 13, 14, а также демпферными элементами 27, в случае их электромагнитного исполнения осуществлено с помощью судового компьютера (на черт. не показан), для чего разработаны специальные программы (в рамках данного изобретения не рассматриваются и являются ноу-хау автора).
Предлагаемое изобретение работает следующим образом.
На палубе 5 судна 1 в носовой 3 или кормовой частях 4 с помощью болтовых соединений 26 крепят станину 11 устройства 6. Затем на станине 11 устанавливают рабочее тело 12 путем размещения позиционирующих роликов 17 в пазы 25 направляющих 24 и опорных роликов 15 на направляющих 23.
Затем известным способом устанавливают и закрепляют на оси 16 одной пары роликов 15 механизм 13 для регулирования положения рабочего тела 12, а на оси 16 другой пары опорных роликов 15 - механизм 7 преобразования энергии.
Возле каждого опорного ролика 15 известным способом устанавливают тормозной механизм 14.
Механизм 7 преобразования энергии через инвертор 8 и проводник 10 соединяют с ГРЩ 9, который осуществляет впоследствии распределение выработанной от качки корпуса судна 1 электроэнергии.
Таким образом, устройства 6 и судно 1 готовы к использованию энергии бортовой и килевой качки корпуса. Устройство 6 зачехляют кожухом для предотвращения негативного воздействия морской среды в процессы работы устройства 6.
В случае отсутствия необходимости отбора энергии качки или других причин устройство 6 просто и легко демонтируют в обратном порядке, высвобождая места для других целей.
Во время движения судна 1 на него оказывают влияние морские волны, ветер, под действием которых корпус судна 1 подвергается бортовой и килевой качке. При этом у рабочего тела 12 за счет заданной, достаточно большой массы, вследствие ускорения свободного падения возникает сила, движущая рабочее тело 12 в направлении меньшего сопротивления (с вершины во впадину), из-за чего возникает линейная скорость тела 12.
За счет размещения рабочего тела 12 внутри станины 11 перемещение тела 12 происходит внутри от одной боковой стенки 22 до другой. Благодаря наличию опорных роликов 15, линейная скорость возвратно-поступательного движения рабочего тела 12 переходит во вращательное движение осей 16 роликов 15.
За счет работы механизма 7 преобразования энергии такая механическая энергия вращения каждого ролика 15 преобразуется в электрическую и через инвертор 8 по проводнику 10 подается на ГРЩ 9 и далее на распределение судовым потребителям (гребной винт, генератор и т.п.).
За счет размещения устройств 6 при отборе килевой качки корпуса так, что рабочее тело 12 устройства 6 расположено с возможностью перемещения параллельно диаметральной плоскости (ДП) судна 1, а именно вдоль бортов 2 судна 1, а при отборе энергии бортовой качки рабочее тело 12 устройства 6 расположено с возможностью перемещения перпендикулярно ДП судна 1, а именно в носовой части 3 или в кормовой части 4 судна 1 происходит постоянный отбор как килевой, так и бортовой энергии качки.
При этом за счет работы управляемого с судового компьютера механизма 13 для регулирования положения рабочего тела 12 обеспечиваются штатное размещение и равномерное, плановое возвратно-поступательное перемещение последнего на направляющих 23 основания 20 станины 11. Тормозной механизм 14 в необходимых случаях тормозит каждый опорный ролик 15. Управление тормозным механизмом 14 также осуществляется с помощью судового компьютера.
Следовательно, указанные механизмы 13 и 14 обеспечивают надежное и равномерное возвратно-поступательное перемещение рабочего тела 12 между боковыми стенками 22 станины 11 даже в случаях заклинивания или несовпадения колебательных фаз судна 1 и рабочего тела 12, а также в особых случаях (шторм, штиль, бункеровка и т.п.). Таким образом обеспечивается надежная эксплуатация устройства 6, следовательно, и судна 1 в целом.
Демпферные элементы 27 предотвращают возможные сильные удары рабочего тела 12 о боковые стенки 22 при его возвратно-поступательном перемещении, надежно ограничивая перемещения тела 12 внутри станины 11. Это способствует надежной работе устройства и его эксплуатации.
Таким образом, в результате применения заявляемого судна достигается новый технический результат - повышение эффективности эксплуатации судна, используемого энергию качки корпуса, путем упрощения его конструкции, компактности и простоты устройств для отбора энергии бортовой и килевой качки, надежности эксплуатации судна при использовании указанных устройств и снижения затрат на переоборудование судна при размещении устройств для отбора энергии качки и вновь строящегося судна.
Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Данное изобретение можно использовать при модернизации, дооборудовании любого грузового судна, а также при строительстве новых грузовых судов.