СПОСОБ ПОДЪЕМА ЗАТОНУВШЕГО ОБЪЕКТА Российский патент 2003 года по МПК B63C7/14 

Изобретение относится к технике судоподъемно-спасательного дела, преимущественно к технологии доставания из больших глубин крупных судов, надводных кораблей, подводных лодок и других объектов.

В настоящее время известны различные способы подъема затонувших объектов [1, 2, 3, 4 и 5], но наибольшее практическое применение нашли только два из них:
1. Механический способ, в основу которого положено использование грузоподъемных машин и механизмов, преимущественно плавучих грузоподъемных кранов, с помощью которых создается усилие, достаточное для извлечения затонувшего объекта на поверхность акватории. Варианты использования данного способа в основном определяются техническими решениями, обеспечивающими захват затонувшего объекта.

Как правило, при реализации этого способа судоподъема под затонувшим объектом заводят специальные стропы через заранее промытые под ним тоннели; концы стропов закладывают на гаки грузоподъемных устройств плавучих кранов, с помощью которых поднимают объект на поверхность акватории.

В последнее время, учитывая большую сложность и трудоемкость создания упомянутых тоннелей под затонувшим объектом, особенно на больших глубинах, для захвата объекта стали применять погружаемую платформу, оборудованную мощными захватами в виде клещей, внутренний диаметр которых равен внешнему диаметру затонувшего объекта, например затонувшей подводной лодки. Эту платформу с затонувшим объектом поднимают грузоподъемными машинами посредством грузонесущих связей: тросов, канатов, цепей, свинченных между собой труб и т.д.

2. Способ с использованием сжатого воздуха. При этом возможны два варианта использования данного способа. Первый вариант - когда в качестве подъемной силы используют предварительно затопленные продуваемые сжатым воздухом судоподъемные понтоны после их остроповки на затонувшем объекте. Второй вариант - когда затонувший объект герметизируется с помощью подводного бетонирования, сварки, а также применения мягких или жестких пластырей; затем корпус данного объекта продувается сжатым воздухом от компрессоров, установленных на спасательном судне. Данный способ является классическим при подъеме опрокинувшихся затонувших кораблей большого водоизмещения.

Основными недостатками известных способов являются ограничения как по весу затонувших объектов ввиду ограниченности грузоподъемности плавучих кранов (для современной техники - примерно 12000 т), так и по предельной глубине судоподъемной операции. Эта глубина до последнего времени ограничивалась, по крайней мере для крупных объектов, предельной глубиной работы водолазов (в обычном снаряжении - 60 метров). Для погружения на большую глубину требуется специальное водолазное оборудование, однако и в этом случае до настоящего времени практическая работа водолазов не выполнялась на глубинах более 300 м. Поэтому судоподъемные операции на больших глубинах стали выполнять с помощью дистанционно управляемых механических захватов, устанавливаемых на погружаемой платформе.

Однако такие захваты имеют также ряд существенных недостатков:
- весьма значительным собственным весом, особенно при подъеме крупных объектов, например подводных лодок, водоизмещение которых достигает 20 и более тысяч тонн;
- сложностью автоматического захвата, в том числе достижения оптимального усилия захватов: при недостаточном усилии в процессе подъема затонувший объект может выскользнуть из захватов, а при чрезмерном усилии он может быть раздавлен захватами, что не менее опасно, так как по бортам, например, подводной лодки часто расположены контейнеры с ракетно-ядерным оружием.

Заметным прорывом в судоподъемном деле стало изобретение криогенного способа подъема затонувших объектов [1]. При этом техническом решении для захвата и создания необходимой подъемной (Архимедовой) силы используют криогенные жидкости, которые при контакте с водой газифицируются, резко увеличивают свой объем и одновременно поглощают из окружающей среды большое количество теплоты.

В результате чего газифицированный криоагент может быть эффективно использован для вытеснения воды внутреннего объема затонувшего объекта, а также из судоподъемных понтонов. Одновременно за счет низкой температуры кипения криогенных жидкостей (например, для жидкого азота эта температура составляет около минус 196^oС) происходит ледяной захват затонувшего объекта путем смораживания наружных поверхностей этого объекта с судоподъемным устройством (понтонами).

Этот способ позволяет поднимать затонувшие объекты практически неограниченного веса и с практически любых глубин, особенно он эффективен до глубин 2000-2500 м, когда в качестве криоагента может быть использовано достаточно дешевое и безопасное вещество - жидкий азот.

Данное техническое решение [1] принято в качестве наиболее близкого аналога заявленному способу. Существенным недостатком указанного аналога является то, что для его реализации, особенно для подъема крупных объектов, необходимо применение большого количества понтонов (максимальный объем стандартного понтона не превышает 400 м³, тогда как вес затонувшего объекта может исчисляться десятками тысяч тонн) и теплообменников для ледяного захвата затонувших объектов. При этом увеличивается собственный вес судоподъемных устройств и, соответственно, увеличивается количество криоагента, необходимого для выполнения судоподъемных операций.

Кроме того, при использовании криогенного способа судоподъема сам процесс подъема затонувшего объекта осуществляется в практически неуправляемом режиме: например, всплывающий объект невозможно остановить, в результате чего выход его на поверхность акватории, как правило, сопровождается определенными динамическими нагрузками. Для большинства объектов такие нагрузки не являются опасными, однако в ряде случаев, когда на затонувшем объекте имеются взрывоопасные предметы, например ядерные боеприпасы, атомные энергетические установки и т.п., применение неуправляемого способа судоподъема крайне нежелательно.

Для повышения эффективности судоподъемной операции, в том числе создания условий регулирования скорости подъема затонувшего объекта, обеспечения наперед заданного крена, дифферента и снижения динамических нагрузок при выходе затонувшего объекта на поверхность акватории, вес в воде затонувшего объекта и погружаемой части судоподъемного устройства после их смораживания жидким криоагентом сначала уменьшают до обеспечения нулевой плавучести системы в целом путем герметизации и частичной продувки корпуса затонувшего объекта и понтонов, затем посредством плавучих грузоподъемных устройств и грузонесущих связей осуществляют подъем затонувшего объекта к поверхности акватории, после этого продувкой газифицированным криоагентом или сжатым воздухом удаляют остатки воды из внутреннего объема этого объекта и судоподъемных понтонов, обеспечивая их положительную плавучесть, в результате чего объект самостоятельно всплывает на поверхность и доставляется буксирами в док для ремонта или разделки.

Новизна способа состоит в том, что операции, характерные для криогенного способа разделяют операцией, характерной для механического способа судоподъема. При этом достигается весьма значительный положительный эффект: устраняются существенные недостатки перечисленных известных способов при сохранении их достоинств. Согласно заявленному способу судоподъемная операция выполняется в три основных этапа:
- первый этап: герметизация и захват затонувшего объекта путем воздействия криогенной жидкости на окружающую объект воду и одновременная частичная продувка корпуса этого объекта газифицированным криоагентом. При этом вес затонувшего объекта снижается до значения, обеспечивающего нулевую плавучесть последнего;
- второй этап: поднятие механическим способом затонувшего объекта к поверхности акватории;
- третий этап: выход затонувшего объекта на поверхность акватории за счет окончательной продувки его корпуса и понтонов газифицированным криоагентом, т.е. придание объекту положительной плавучести.

Указанные новые признаки не выявлены из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Перечисленные новые признаки в совокупности позволяют существенно повысить безопасность и технико-экономические показатели судоподъемной операции за счет:
- обеспечения управляемости скорости подъема, заданного крена и дифферента затонувшего объекта в условиях использования подъемного плавучего устройства, по грузоподъемности в несколько раз меньшего, чем водоизмещение затонувшего объекта;
- сокращения количества судоподъемных понтонов, необходимых для выполнения судоподъемной операции, так как в данном случае судоподъемные понтоны преимущественно используются только для целей обеспечения требуемого дифферента объекта при его всплытии и создания дополнительной подъемной (Архимедовой) силы при невозможности полной продувки газифицированным криоагентом затонувшего объекта;
- уменьшения собственного веса судоподъемного устройства, сокращения расхода криогенной жидкости и уменьшения в несколько раз объема работ для выполнения судоподъемной операции;
- низкой себестоимости криоагентов, особенно жидкого азота, который является бросовым продуктом сталеплавильного производства, производится в огромных количествах, его стоимость составляет около 45 (1900) рублей за тонну (соответственно, в ценах 1990 и 2000 г.) [6].

Таким образом, например, для подъема атомной подводной лодки "Курск" надводным водоизмещением около 15 тыс. тонн, затонувшей на глубине 100 м потребуется 300 т жидкого азота стоимостью 570 тыс. рублей (в ценах 2000 г.). С учетом изложенного стоимость данной судоподъемной операции по предлагаемому способу будет по крайней мере на порядок ниже объявленной суммы (80 миллионов долларов США), принятой исходя из условия применения традиционных технологий решения данной задачи. Кроме того, для решения данной задачи не потребуется уникальное крановое оборудование. Гузоподъемность такого оборудования при заявленном способе судоподъема может быть уменьшена, по крайней мере, на порядок по сравнению с известными способами решения данной задачи, что позволяет выполнить операцию по подъему "Курска" собственными силами без привлечения иностранных судоподъемных компаний.

Изобретение иллюстрируется следующим примером устройства, реализующим заявленный способ. В данном примере в качестве затонувшего объекта принята подводная лодка, а в качестве источника криоагента - криогенные резервуары с жидким азотом, установленные на погружаемой платформе.

Cxeмa осуществления заявляемого изобретения показана на чертеже.

Для подъема подводной лодки 1 предусматривается погружаемая платформа 2, снабженная трубчатыми теплообменниками 3, выполняющими роль пластырей и захватов одновременно. Для хранения запаса жидкого азота предусмотрены криогенные резервуары 4, сообщенные с упомянутыми выше трубчатыми теплообменниками 3 трубопроводами 5 с запорной арматурой 6 для подачи жидкого азота и трубопроводами 7 для сбора и подачи внутрь подводной лодки газифицированного азота. Для удаления воды из подводной лодки предусмотрены дренажный трубопровод 8 с запорной арматурой 9 и дренажный трубопровод 10.

Длина трубопровода 8 подобрана таким образом, чтобы расположение его нижнего конца соответствовало уровню воды, обеспечивающему нулевую плавучесть подводной лодки 1. Подъемная платформа 2 сообщена с грузоподъемным устройством (на чертеже это устройство не показано) с помощи грузонесущих связей 11.

Способ осуществляется следующим образом. Погружаемую платформу 2 со смонтированным на ней оборудованием: теплообменниками 3, заправленными жидким азотом криогенными резервуарами 4, трубопроводами 5, 7, 8 и 10, запорной арматурой 6 и 9 посредством грузонесущих связей 11, например тросов, опускают со спасательного судна на затонувшую подводную лодку 1. Потом открывают запорную арматуру 6 и 9, в результате чего жидкий азот под собственным весом поступает по трубопроводам 5 в теплообменники 3, в которых происходит превращение жидкого азота в газ, который направляют по трубопроводам 7 внутрь подводной лодки 1. За счет низкой температуры кипения жидкого азота (около минус 196^oС) происходит замораживание воды между теплообменниками 3 и корпусом подводной лодки 1, которая герметизируется образовавшимся слоем льда, а также одновременно при этом происходит захват подводной лодки 1 путем низкотемпературного смораживания ее корпуса с теплообменниками 3.

Поступающий по трубопроводам 7 газообразный азот, накапливаясь в верхней части подводной лодки 1, вытесняет из нее воду по дренажному трубопроводу 8. При понижении уровня воды в подводной лодке до уровня нижнего конца трубопровода 8 процесс вытеснения воды из нее прекратится, поскольку избыток газа будет выходить по этому трубопроводу 8 на поверхность акватории. При таком объеме газа затонувшая подводная лодка 1 будет иметь нулевую плавучесть, т. е. ее вес в воде будет близок к нулю. После этого грузоподъемным устройством подводную лодку 1 поднимают к поверхности акватории. Во время подъема давление за бортом подводной лодки уменьшается, газ внутри нее расширяется, избыток этого газа также выходит на поверхность акватории через дренажный трубопровод 8. В непосредственной близости от поверхности запорную арматуру 9 на дренажном трубопроводе 8 закрывают, поступающий внутрь подводной лодки газ снова начнет вытеснять из нее воду, но теперь уже по дренажному трубопроводу 10; в результате чего подводная лодка 1 самостоятельно всплывает на поверхность акватории без каких-либо существенных динамических воздействий. Далее, подводную лодку 1 вместе с установленной на ней платформой 2 отсоединяют от грузонесущих связей 11 и с помощью буксиров транспортируют и устанавливают в док для ремонта или утилизации. После установки в док подачу жидкого азота в теплообменники 3 прекращают, платформу вместе с установленным на ней судоподъемным оборудованием снимают для повторного использования.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1785948 СССР, МКИ В 63 С 7/06. Способ подъема затонувшего судна. / Седых Н.А. и Седых А.Н. - прототип.

2. Авторское свидетельство 109222 СССР. Способ подъема затонувших судов. / Бирюков Н.Н.

3. Джозеф Н. Горз. Подъем затонувших кораблей. - Л.: Судостроение. 1978.

4. Молчанов В.А. Возвращение из глубин. - Л.: Судостроение, 1983.

5. Патент 2009954 РФ, МКИ В 63 С 7/06. Устройство для подъема затонувших объектов. / Седых Н.А. и Седых А.Н.

6. Архаров А.М. Криогенные системы. Основы теории и расчета. -М.: Машиностроение, 1988.

Способ подъема затонувшего объекта включает в себя соединение этого объекта с притопленными понтонами путем их смораживания за счет подачи криогенной жидкости в трубчатые теплообменники, навешенные на понтоны и установленные на разгерметизированные части корпуса объекта; направление в корпус затонувшего объекта и понтоны образовавшегося в результате газификации криогенной жидкости газа для вытеснения воды в объеме, обеспечивающем нулевую плавучесть затонувшего объекта и погружаемой части судоподъемного устройства; подъем затонувшего объекта к поверхности акватории плавучими грузоподъемными устройствами с поддержанием в процессе этого подъема нулевой плавучести; окончательное вытеснение газифицированным криоагентом или сжатым воздухом воды из затонувшего объекта и понтонов. Такое осуществление способа создает условия для регулирования скорости подъема, обеспечивает выдерживание заданных крена и дифферента, а также снижает динамические нагрузки на объект при его выходе на поверхность акватории. 1 ил.

Способ подъема затонувшего объекта, заключающийся в соединении этого объекта с притопленными понтонами путем их смораживания за счет подачи криогенной жидкости по трубопроводам со спасательного средства в трубчатые теплообменники, навешенные на понтоны, и вытеснение воды из понтонов отработанным в результате газификации криогенной жидкости газом, отличающийся тем, что трубчатые теплообменники устанавливают на разгерметизированные части корпуса затонувшего объекта, герметизируя в результате подачи в эти теплообменники криогенной жидкости поврежденную часть этого корпуса образовавшейся ледяной коркой, а газ, образовавшийся в результате газификации криогенной жидкости, направляют также внутрь затонувшего объекта, при этом воду из затонувшего объекта и понтонов вытесняют в объеме, обеспечивающем нулевую плавучесть затонувшего объекта и погружаемой части судоподъемного устройства, затем затонувший объект с понтонами поднимают к поверхности акватории за грузонесущие связи плавучими грузоподъемными устройствами с поддержанием в процессе этого подъема нулевой плавучести сбросом образующегося избытка газа, после чего окончательно вытесняют газифицированным криоагентом или сжатым воздухом воду из внутреннего объема затонувшего объекта и понтонов.