УСТРОЙСТВО ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ Российский патент 2001 года по МПК B63B35/08 

Предлагаемое устройство относится к конструкциям (суда ледового плавания, причалы, плавучие платформы и др.), эксплуатируемым в ледовых условиях, и предназначено для повышения ледопроходимости судов, обеспечения подхода судов и других устройств к стационарным установкам и улучшения других эксплуатационных и технических качеств причалов, плавучих платформ и других сооружений в условиях ледовой обстановки.

Известно судно ледового плавания, содержащее источник сжатого воздуха и коллекторы, расположенные снаружи корпуса судна (АС СССР N 382544, 25.05.1973).

Известно также устройство, повышающее ледопроходимость судна путем увеличения пневмообмыва судна, содержащее горизонтальные и наклонные коллекторы, сообщенные с выпускными отверстиями, расположенные по бортам и в носовой части корпуса судна и связанные с источником сжатого воздуха, в котором коллекторы выполнены в виде коробчатых наделок и расположены снаружи корпуса судна симметрично диаметральной плоскости вдоль скуловой части и форштевня ниже уровня воды, а отверстия выполнены в стенках наделок и обращены к днищу корпуса судна (АС СССР N 1125151, 23.11.1984).

В качестве ближайшего аналога предлагаемого противообледенительного устройства выбрано "Устройство для судов", защищенное патентом Финляндии N 47061, 10.09.1973.

Ближайший аналог представляет собой судно, снабженное системой подводных отверстий для выдувания воздуха, сообщенных с компрессором и расположенных по бортам судна и в носовой части, при этом отверстия расположены в одной или почти в одной горизонтальной плоскости на расстоянии 30-50% от осадки судна, а давление воздуха в отверстиях только немного больше наружного давления воды (Перевод N 35, Бюро переводов ЛО ВАО "Интурист", Ленинград, 1978 г.).

Однако приведенные аналоги характеризуются значительными энергетическими потерями, снижающими эффективность пневмообмыва.

Целью предлагаемого устройства является снижение энергетических затрат путем эффективного использования энергии сжатого воздуха и снижение потерь в трассе, повышение надежности устройства за счет увеличения газодинамической устойчивости системы "Компрессор - выпускные отверстия коллектора", а также расширение функциональных возможностей устройства благодаря использованию его в стационарных сооружениях (причалы, плавучие платформы и др.).

Эта цель достигается тем, что в противообледенительном устройстве, содержащем несущую конструкцию, например корпус судна, стенку причала, основание плавучей платформы с обшивкой и размещенные на ней снаружи и/или внутри ниже уровня воды, сообщенные с компрессором наклонные и/или горизонтальные коллекторы, расположенные в одной или параллельных плоскостях с выпускными отверстиями в стенках, компрессор выполнен с возможностью обеспечения в каждой точке расходно-напорной характеристики соотношения

где dP, МПа - изменение давления сжатого воздуха за компрессором;
dG, кг/с - изменение производительности компрессора при неизменной частоте вращения n вала компрессора,
при этом отношение толщины стенки δ_ст коллектора к диаметру d выпускного отверстия в стенке коллектора находится в пределах

выпускные отверстия в поперечном сечении коллектора расположены в пределах сектора, ограниченного углом α = (110±10) град., отсчитываемого от вертикальной оси симметрии поперечного сечения коллектора в направлении поверхности воды, а отверстия в коллекторах выполнены калиброванными с диаметром

где d_o - диаметр нижнего отверстия в коллекторах;
P₀ = γH₀- давление столба H_o воды над нижним отверстием;
P_i = γH_i- давление столба H_i воды над i-тым отверстием;
P_кол - давление сжатого воздуха, поступающего в коллектор из компрессора,
причем расстояние l_i между выпускными отверстиями в коллекторах определяется зависимостью
l_i = (0,3 - 0,35)H_i,
где H_i - высота столба воды над соответствующим коллектором.

Противообледенительное устройство содержит блок из двух и более горизонтальных коллекторов, расположенных в одной плоскости, расстояние a_i между коллекторами находится в диапазоне
a_i=(0,26 - 0,30)H_i,
где H_i - высота столба воды над коллектором,
а выпускные отверстия в соседних коллекторах расположены в шахматном порядке, причем коллекторы выполнены комбинированными круглого и полукруглого поперечного сечения.

Варианты использования и принцип действия предлагаемого устройства представлены на рисунках:
фиг. 1 - несущая конструкция - корпус судна с горизонтальными и наклонными коллекторами,
фиг. 2 - стационарная несущая конструкция с горизонтальными коллекторами, вид сбоку,
фиг. 3 - стационарная несущая конструкция, вид в плане,
фиг. 4 - принципиальная схема действия противообледенительного устройства,
фиг. 5 - схема расположения соседних водно-воздушных конусов,
фиг. 6 - стационарная несущая конструкция с наклонным и горизонтальным коллекторами.

Противообледенительное устройство для судна ледового плавания (фиг. 1) или для стационарных сооружений (фиг. 2, 3, 6) включает несущую конструкцию с обшивкой 1, горизонтальные 2 и наклонные 3 коллекторы, расположенные ниже поверхности воды 4, покрытой льдом 5, компрессор 6 (фиг. 4), подающий сжатый воздух 7 в коллекторы 2 и 3, который через выпускные отверстия 8 поступает в виде пузырьков 9, образующих водно-воздушную смесь в виде конуса 10 с образованием гребня 11 на поверхности воды 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух 7 из компрессора 6 подается в коллекторы 2 и 3 и через выпускные отверстия 8 поступает в виде пузырьков 9 в воду, которые, поднимаясь вверх, увлекают за собой водно-воздушную смесь в виде конуса 10, основание которого 11 имеет гребневидную форму. Гребень 11 разрушает ледовую поверхность 5, снижает трение обшивки о лед и как бы отталкивает его от обшивки 1, создавая эффект пневмообмыва. Условием эффективного разрушения ледяного покрова и пневмообмыва является некоторое наложение f (пересечение) оснований (гребней) 11 соседних конусов 10 водно-воздушной смеси (фиг. 5). Это условие обеспечивается благодаря предлагаемой эмпирической зависимости определения расстояния l_i, между отверстиями в коллекторе
l_i=(0,3 - 0,35)H_i
где H_i - высота столба воды над коллектором.

При использовании блока горизонтальных коллекторов эффективное разрушение льда и пневмообмыв усиливается, если расстояние между коллекторами a_i определяется предлагаемой зависимостью, а отверстия в коллекторах расположены в шахматном порядке. Предлагаемое соотношение толщины стенки коллектора и диаметра выпускного отверстия обеспечивает снижение потерь на выходе из коллектора, а расположение отверстий в пределах угла α повышает эффективность пневмообмыва. Предложенная расходно-напорная характеристика компрессора обеспечивает газодинамическую устойчивость системы "Компрессор - выпускные отверстия коллектора", что повышает надежность работы устройства. Использование калиброванных отверстий в коллекторах снижает энергозатраты, а также увеличивает эффект пневмообмыва за счет равномерного распределения расхода воздуха между отверстиями.

Расстояние a_i между горизонтальными коллекторами в блоке определяется эмпирической зависимостью
a_i = (0,26 - 0,30)H_i,
где H_i - высота столба воды над коллектором.

Изобретение относится к конструкциям, эксплуатируемым в ледовых условиях и предназначено для повышения ледопроходимости судов, улучшения эксплуатационных и технических качеств причалов, плавучих платформ и других сооружений в условиях ледовой обстановки. Устройство содержит несущую конструкцию с обшивкой. На обшивке размещены снаружи и/или внутри ниже уровня воды сообщенные с компрессором наклонные и/или горизонтальные коллекторы. Коллекторы расположены в одной или параллельных плоскостях с выпускными отверстиями. Компрессор выполнен с возможностью обеспечения в каждой точке расходно-напорной характеристики соотношения где dP, МПа - изменение давления сжатого воздуха за компрессором; dG, кг/с - изменение производительности компрессора. Отношение толщины стенки δ_ст коллектора к диаметру d выпускного отверстия в стенке коллектора находится в пределах Выпускные отверстия в поперечном сечении коллектора расположены в пределах сектора, ограниченного углом α =(110 ± 10) град. Отверстия в коллекторах выполнены калиброванными. Данное изобретение позволит снизить энергетические затраты, повысить надежность устройства и расширить его функциональные возможности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство противообледенительное, содержащее несущую конструкцию, например корпус судна, стенку причала, основание плавучей платформы с обшивкой и размещенные на ней снаружи и/или внутри ниже уровня воды сообщенные с компрессором наклонные и/или горизонтальные коллекторы, расположенные в одной или параллельных плоскостях, с выпускными отверстиями, отличающееся тем, что в нем компрессор выполнен с возможностью обеспечения в каждой точке расходно-напорной характеристики соотношения

где dP, МПа - изменение давления сжатого воздуха за компрессором;
dG, кг/с - изменение производительности компрессора при неизменной частоте вращения n вала компрессора,
при этом отношение толщины стенки δ_ст коллектора к диаметру d выпускного отверстия в стенке коллектора находится в пределах

выпускные отверстия в поперечном сечении коллектора расположены в пределах сектора, ограниченного углом α = (110±10)^°, отсчитываемого от вертикальной оси симметрии поперечного сечения коллектора в направлении поверхности воды, а отверстия в коллекторах выполнены калиброванными с диаметром

где d_о - диаметр нижнего отверстия в коллекторах;
P₀= γH₀ - давление столба Н_о воды над нижним отверстием;
P_i= γH_i - давление столба Н_i воды над i-ым отверстием;
Р_кол - давление сжатого воздуха, поступающего в коллектор из компрессора,
причем расстояние I_i между выпускными отверстиями в коллекторах определяется зависимостью
l_i = (0,3 - 0,35)Н_i,
где Н_i - высота столба воды над соответствующим коллектором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит блок из двух и более горизонтальных коллекторов, расположенных в одной плоскости, расстояние а_i между коллекторами находится в диапазоне
а_i = (0,26 - 0,30)Н_i,
где Н_i - высота столба над коллектором,
а выпускные отверстия в соседних коллекторах расположены в шахматном порядке. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в нем коллекторы выполнены комбинированными круглого и полукруглого поперечного сечения.