ДНИЩЕВОЕ ЗАКРЫТИЕ ШАХТЫ СУДНА
SHIP SHAFT BOTTOM CLOSING

Изобретение относится к судостроению, в частности к постройке судов с большими размерами шахт, оборудованных днищевыми водонепроницаемыми закрытиями, выполняющих продолжительную работу в определенной точке открытого моря.
Известно днищевое закрытие шахты судна по авторскому свидетельству СССР №1705177, В63В 19/18, опубл. 15.01.1992.
Известное днищевое закрытие шахты судна содержит две шарнирно соединенные между собой секции, выполненные в виде пустотелых балластируемых понтонов, первая (основная, большая) из которых установлена с возможностью перекрытия проема шахты и разделена на отдельные балластируемые емкости, в одной из которых, крайней от шарнира, соединяющего секции, установлена горизонтальная переборка с образованием верхней воздушной полости. На свободном торце основной секции закреплен упор открытого положения закрытия. Днищевое закрытие шахты снабжено вертикальной герметичной перегородкой, установленной в шахте с образованием в ней герметичного отсека, в котором размещена с возможностью перемещения в нем вторая (малая) секция. В нижней части отсека установлены упоры, взаимодействующие с малой секцией.
В положении «закрыто» балластируемые емкости основной секции продуты. Вторая (малая) секция забалластирована и находится под углом 90° относительно основной в отдельном герметичном отсеке шахты.
С целью перехода в положение «открыто» емкости основной секции, начиная с самой удаленной от шарнира, балластируются. Секции придается отрицательная плавучесть, и она поворачивается вниз на шарнире, соединяющем секции, не доходя при этом до вертикального положения («мертвой точки») благодаря наличию верхней воздушной полости в крайнем ее отсеке. При продувке воздухом вторая (малая) секция получает положительную плавучесть и перемещается вверх по отсеку вдоль вертикальной перегородки, увлекая за собой основную секцию. Поднявшись до поверхности воды, она продолжает подниматься за счет подъемной силы основной секции, которая продувается воздухом при подъеме по герметичному отсеку. Подъем секций продолжается до момента контакта упора, размещенного в герметичном отсеке, с торцом основной секции. Таким образом, обе секции размещаются в герметичном отсеке заподлицо с обшивкой днища.
Указанное устройство рассматривается в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения.
Признаками известного днищевого закрытия проема шахты судна, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются:
- выполнение элементов закрытия в виде пустотелых балластируемых понтонов,
- разделение секции, используемой для перекрытия проема шахты судна, на отдельные балластируемые емкости.
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:
- выполнение устройства состоящим из одной секции - балластируемой крышки;
- шарнирное крепление крышки к днищу судна, обеспечивающее однозначное положение секции относительно комингса шахты, что особенно важно при качке судна в условиях волнения;
- расположение оси шарнира несимметрично относительно средней плоскости крышки;
- разделение крышки диагональной герметичной переборкой на две отдельные балластируемые емкости, расположенные при вертикальном положении крышки на шарнире по разные стороны линии подвеса секции,
проходящей при таком положении крышки через ее поперечное сечение по диагонали;
- оснащение шарнирного крепления крышки демпфирующим устройством;
- выполнение демпфирующего устройства в виде цилиндра-амортизатора: с амортизатором, являющимся частью конструкции силового привода.
Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие, связанное с относительной сложностью его конструкции и принципом действия.
Также для известного устройства характерна высокая подверженность элементов днищевого закрытия динамическим нагрузкам, возникающим вследствие качки судна и вертикального перемещения воды в шахте и герметичном отсеке малой секции.
В условиях волнения в шахте и в отсеке, где размещена малая секция известного устройства, происходит колебание уровня воды в вертикальной плоскости с размахом, равным высоте волны, вследствие чего данная секция после продувки тоже будет перемещаться в своем отсеке вслед за водой с размахом, равным высоте волны, увлекая за собой и основную секцию. Поскольку основная секция из условия возможности перехода в положение «закрыто» не занимает строго вертикального положения, то перемещение ее в вертикальном герметичном отсеке будет сопровождаться ударными контактами с вертикальной перегородкой и стенкой шахты. С учетом бортовой и вертикальной качки судна и поперечных колебаний основной секции за счет влияния перетеканий больших масс воды в шахте безударное всплытие ее в отсеке вертикальной перегородки проблематично, а с учетом подъема воды в отсеке на значительную (близкую к высоте волны) величину возрастает высота подъема основной секции для возможности постановки
на упоры, которые в свою очередь будут подвержены ударным нагрузкам, вследствие чего требуется значительное увеличение высоты помещения.
Целью заявляемого изобретения является исключение недостатков, возникающих при эксплуатации прототипа, и улучшение эксплуатационных характеристик днищевого закрытия судна, в т.ч. в части надежности и безопасности использования.
Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является увеличение быстродействия днищевого закрытия шахты судна.
Повышение быстродействия заявляемого устройства достигается тем, что днищевое закрытие шахты судна выполнено односекционным и представляет собой балластируемую крышку в виде пустотелого понтона, прикрепленную к днищу судна по краю шахты с помощью шарнира, частично или полностью выступающего за плоскость днища с целью обеспечения плотного прилегания крышки к днищу судна в открытом положении и заподлицо с обшивкой днища в закрытом положении. Несимметричное расположение оси шарнира относительно средней плоскости крышки предопределяет расположение герметичной переборки внутри крышки по оси подвеса при вертикальном положении крышки и разделение объема крышки на две емкости, находящиеся по разные стороны линии подвеса.
При вертикальном положении предварительно забалластированной крышки, предшествующем переходу днищевого закрытия в положение «закрыто» или «открыто», продувание одной из емкостей крышки воздухом способствует ее начальному повороту (отклонению) в заданном направлении, а при последующем продувании воздухом другой емкости обеспечивается быстрый и однозначный переход крышки в требуемое положение.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет реализовать иной по сравнению с прототипом принцип действия, положительно влияющий,
прежде всего, на скорость выполнения операций, связанных с изменением положения балластируемой крышки.
Конструкция и принцип действия заявляемого устройства также позволяют обеспечить однозначное положение крышки относительно комингса шахты, ее гарантированное плотное прилегание к комингсу при манипуляциях открытия/закрытия.
Другим техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является исключение негативного воздействия ударных и вибрационных нагрузок на элементы закрытия, что достигается благодаря как жесткому неподвижному (относительно судна) креплению крышки, так и оборудованию днищевого закрытия устройством демпфирования колебаний, способствующим гашению колебаний и вибрации, возникающих вследствие качания крышки на шарнире при качке судна.
Демпфирующее устройство представляет собой амортизатор, прикрепленный к качалке на оси шарнира таким образом, что демпфирование колебаний в наибольшей степени обеспечивается при нахождении крышки в вертикальном положении, в котором возникают наибольшие амплитуды колебаний.
В результате повышаются эксплуатационная безопасность и надежность закрытия шахты и эксплуатационная безопасность судна в целом.
Для обеспечения однозначного направления поворота крышки в ту или иную сторону в условиях качки судна устройство демпфирования включает дистанционно управляемый цилиндр-амортизатор, выполняющий роль силового привода и амортизатора.
В таком исполнении изобретением обеспечивается такой технический результат как улучшение управляемости устройства вследствие снижения инерционности демпфера, что особенно важно в условиях преодоления им
значительных внешних сопротивлений, вызываемых перетеканием, перемещением больших масс воды.
Общее исполнение и работа заявляемого устройства иллюстрируются фиг.1, где изображен общий вид поперечного сечения днищевого закрытия в положении «шахта закрыта», в промежуточном положении и в положении «шахта открыта».
Устройство включает в себя шарнирно соединенную с днищем пустотелую балластируемую крышку 1, прикрепленную шарниром 2 одной своей стороной к днищу судна 3 по краю шахты 4. Крышка разделена на две балластируемые емкости 5 и 6, находящиеся по разные стороны линии подвеса при нахождении крышки в вертикальном положении.
На судне в нижней части по периметру шахты 4 закреплен буртик 7, служащий в качестве упора для крышки в положении «шахта закрыта» и имеющий уплотнительные элементы, входящие в контакт с уплотнительными элементами крышки 1.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении крышка 1 плотно прилегает к буртику 7 шахты 4, обеспечивая водонепроницаемость шахты судна со стороны днища. В этом положении емкости 5, 6 крышки продуты воздухом, сила положительной плавучести «G» и гидростатические силы обжимают уплотнительные элементы шахты и крышки. Крышка дополнительно фиксируется механическим способом, например, талрепами или специальными шпингалетами, расположенными по свободным сторонам крышки. Это штатное состояние днищевого закрытия шахты «по-походному», используется на переходе судна к месту назначения.
По прибытии судна на место работы отдаются талрепы или специальные шпингалеты. Шахта заполняется водой, одновременно балластируется водой крышка. После принятия балласта крышка приобретает отрицательную плавучесть и переходит в вертикальное
положение. При этом из-за несимметричного расположения оси шарнира относительно средней плоскости крышки линия подвеса проходит через поперечное сечение крышки по диагонали, определяющей конструктивную линию разделения крышки на емкости герметичной переборкой. Балластируемые емкости находятся по разные стороны линии подвеса.
1
При продувке емкости 6 воздухом в ней возникает сила положительной плавучести «G», обеспечивающая начальный поворот крышки в сторону положения «шахта открыта». Для обеспечения дальнейшего движения крышки в сторону положения «шахта открыта» продувается емкость 5.
Для перевода крышки в положение «шахта закрыта» крышка вновь балластируется и принимает вертикальное положение. Затем производится продувка воздухом емкости 5, и обеспечивается начальный поворот крышки в сторону положения «шахта закрыта». После продувки емкости 6 происходит продолжение поворота крышки в сторону положения «шахта закрыта».
Таким образом, в результате поочередной, в той или иной последовательности, продувки емкостей крышки, занимающей вертикальное положение, она совершает движение в требуемом направлении и переходит в положение «открыто» или «закрыто».
По результатам испытаний в опытовом бассейне АО «ЦКБ по СПК им. Р.Е. Алексеева» масштабной модели крупнотоннажного морского судна в условиях волнения 5 баллов (в пересчете для натуры) размахи вертикального подъема воды в шахте составляют в зависимости от курсового угла от 1,6 до 3,5 м.
В условиях открытой шахты при заполнении шахты водой (волна набегает на судно) понтон будет подсасываться водой к комингсу шахты, а при последующем освобождении шахты от воды (после прохода гребня волны) крышка будет отжиматься вытекающей из шахты водой в сторону
борта. Таким образом, в условиях волнения крышка будет качаться на шарнире, в том числе от качки самого судна.
Для уменьшения размахов качания крышки шарнир снабжен устройством демпфирования колебаний.
Кинематическая схема демпфирующего устройства с цилиндром-амортизатором приведена на фиг. 2, где:
-I - положение качалки при вертикальном положении крышки;
- II - положение качалки при положении крышки «шахта закрыта»;
- III - положение качалки при положении крышки «шахта открыта».
Цилиндр-амортизатор 8, прикрепленный к качалке 9 на оси шарнира 10, демпфирует колебания в наибольшей степени при вертикальном положении крышки 1 (фиг. 2).
Цилиндр-амортизатор (являясь доводчиком) дополняет поворот крышки, происходящий под действием сил плавучести.
Демпфирующее устройство располагается по концам шарнира в отдельном герметичном отсеке за пределами шахты.