УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА ЗАТОНУВШЕГО ОБЪЕКТА Российский патент 2004 года по МПК B63C7/06 

Изобретение относится к технике судоподъемно-спасательного дела и предназначено для извлечения из больших глубин крупных судов, надводных кораблей, подводных лодок, самолетов, искусственных спутников Земли, в первую очередь взрыво- и экологически опасных объектов, например, преднамеренно затопленных в акваториях морей судов с химическими боеприпасами, исчерпавших свой ресурс ядерных реакторов и т.д. Данное изобретение направлено на дальнейшее совершенствование криогенного способа и устройств судоподъема [1, 2, 6].

В настоящее время известны различные устройства подъема затонувших объектов [1-6], но наибольшее практическое применение нашли

1. Устройства, реализующие механический способ судоподъема и использующие грузоподъемные машины и механизмы, преимущественно плавучие краны, с помощью которых создается усилие, достаточное для извлечения затонувшего объекта на поверхность акватории. Как правило, данные устройства имеют в своем составе специальные стропы (подъемные полотенца), которые заводят под затонувшим объектом через заранее промытые под ним тоннели; затем 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 на поверхность грузоподъемными машинами посредством грузонесущих связей: тросов, канатов, цепей, свинченных между собой труб и т.д.

2. Устройства, использующие силы плавучести. При этом возможны два варианта реализации данных технических устройств. Первый вариант устройств - 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 и затонувших кораблей большого водоизмещения на небольших глубинах.

Возможность применения указанных устройств для выполнения судоподъемных операций связана с известными ограничениями, 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. Кроме того, подъемные стропы нередко соскальзывают в сторону всплывающей оконечности затонувшего объекта, что приводит к авариям при выполнении судоподъемных работ.

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, а именно:

- весьма значительным собственным весом, особенно при подъеме крупных объектов, водоизмещение которых достигает 100 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 особенно опасно, например, при подъеме затопленного судна, заполненного химическими боеприпасами. Эти суда затоплены в Балтике почти пятьдесят лет тому назад, их корпуса потеряли прочность в результате коррозии, боевых повреждений и ударов о дно моря в момент их затопления.

Заметным прорывом в судоподъемном деле стало изобретение криогенного способа и устройств подъема затонувших объектов [1, 2 и 6]. 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, превращая окружающую воду в лед.

При этом газифицированный криоагент используется для вытеснения воды внутреннего объема затонувшего объекта, если данный объект сохранил герметичность или его несложно под водой загерметизировать, а также из судоподъемных понтонов, при их применении. Одновременно, за счет низкой температуры кипения криогенных жидкостей (например, для жидкого азота эта температура составляет около минус 196°С), происходит ледяной захват затонувшего объекта путем смораживания наружных поверхностей этого объекта с судоподъемным устройством (понтонами).

Подобные устройства позволяет поднимать затонувшие объекты практически неограниченного веса и с практически любых глубин, особенно они эффективны 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 (пототипа) заявленному устройству. Существенным недостатком прототипа является ограниченность его применения: в полном объеме только для объектов, например подводных лодок, которые в процессе подъема, под водой, в непосредственной близости от поверхности воды могут быть загерметизированы, затем продуты сжатым воздухом, для достижения положительной плавучести, с последующий вводом их в док для ремонта или утилизации.

Обычные суда из-за наличия палубы не могут быть загерметизированы, если их борта не будут выходить из воды, поэтому для их извлечения потребуется ступенчатый подъем, который состоит из нескольких (не менее двух) раздельных этапов (ступеней) подъема. Между этими этапами затонувшее судно буксируют в более мелководный район до покладки на грунт, где после пересоединения понтонов поднимают это судно на следующую ступень. Подъем судна в одну ступень известными криогенными устройствами не позволит, из-за большой общей высоты судна и находящихся над ним понтонов, ввести судно в док для его ремонта или утилизации. Этот недостаток прототипа является существенным.

Например, в водах Балтийского моря преднамеренно затоплено более 70 судов водоизмещением 3000-5000 тонн с трофейными немецкими химическими боеприпасами, общим весом 300 тысяч тонн. Подъем этих судов с последующей утилизацией боевых отравляющих веществ крайне необходим для предотвращения экологической катастрофы мирового уровня.

Новизна предлагаемого устройства состоит в том, что (чтобы обеспечить положение всплывшего затопленного судна с бортами, выходящими из воды, с требуемым креном и дифферентом), судоподъемное устройство выполняют в виде подводного самоходного катамарана, состоящего из двух корпусов, связанных между собой соединительными мостами, переменной длины (состоящих из отдельных секций), а каждый корпус катамарана, не превышающий высоту затопленного объекта, разделен по длине на не менее чем три отсека, каждый их которых снабжен собственным криогенным резервуаром и трубчатыми теплообменниками, расположенными на внутренних теплоизолированных бортах катамарана, при этом горловины центральных отсеков смещены к внешним бортам катамарана, а горловины крайних отсеков смещены в сторону его оконечностей.

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

Перечисленные новые признаки в совокупности позволяют существенно расширить область применения криогенных судоподъемных устройств, а также повысить безопасность и технико-экономические показатели судоподъемных операций, особенно при подъеме обычных судов, что обусловлено

- низкой себестоимостью криоагентов, например жидкого азота, который является бросовым продуктом сталеплавильного производства, не горит, взрывобезопасен, производится в огромных количествах, его стоимость составляет около 1900 рублей за тонну (в ценах 2002 г.);

- возможностью выполнения бесступенчатой судоподъемной операции для обычных судов: за счет применения судоподъемного катамарана, корпуса которого выполняют роль понтонов, высота которых меньше высоты корпуса затонувшего объекта, в результате чего борта всплывшего судна оказываются над поверхностью воды. В этом случае после дополнительной герметизации судна, например криогенными пластырями, имеется возможность восстановить плавучесть этого судна, откачав из него воду;

- обеспечением лучшей управляемости судоподъемной операции: скорости подъема, заданного крена и дифферента судоподъемного катамарана с затонувшим объектом, что весьма важно, поскольку применение обычных понтонов, с диаметром меньше высоты затопленного объекта, существенно повышает центр тяжести этой системы, а это влечет за собой снижение остойчивости всей системы и не исключает опрокидывание ее под водой, с невыполнением поставленной задачи.

Применение судоподъемного катамарана, корпуса которого разделены по длине на ряд отсеков (не менее чем три отсека каждый), где горловины центральных отсеков смещены к внешним бортам катамарана, а горловины крайних отсеков смещены в сторону его оконечностей, позволяет создать самовосстанавливающуюся судоподъемную систему, которая при возникновении дифферента или крена автоматически выпускает часть газа, принимая водяной балласт в ту оконечность устройства, которая оказалась выше ее центра тяжести.

Разделение корпусов катамарана по длине на отдельные отсеки, каждый их которых снабжен собственным криогенным резервуаром, кроме того, существенно снижает отрицательный эффект от перетока воды в одну из оконечностей катамарана со смещением его центра тяжести при возникновении дифферента или крена системы.

Применение теплоизоляции на внутренних бортах корпусов катамарана связано с предотвращением замораживания воды внутри его корпусов, а также с уменьшением непроизводительных расходов криогенной жидкости.

Устройство соединительных мостов катамарана из отдельных секций позволяет менять расстояние между его корпусами в зависимости от ширины затопленного объекта, уменьшая при этом также расход криогенной жидкости при выполнении судоподъемной операции (на ледяной захват затонувшего объекта).

Высокая эффективность заявленного изобретения следует также из того, что предлагаемый судоподъемный катамаран может быть легко автоматизирован таким образом, что судоподъемная операция будет выполняться без непосредственного участия людей (без глубоководных водолазов), с помощью осветительных приборов, видеокамер и подруливающих устройств. поэтому подъем затонувших объектов может осуществляться с любых глубин. Кроме того, внутренние полости катамарана на всех этапах операции сообщаются с забортной водой, разность давлений внутри катамарана и вне его всегда практически равна нулю. Это обстоятельство позволяет не учитывать при расчете прочности элементов подводного судоподъемного катамарана избыточное давление воды на глубине затонувшего объекта и, следовательно, уменьшить прочность и вес его конструкций.

Изобретение иллюстрируется следующим примером устройства. В данном примере в качестве затонувшего объекта принято судно, а в качестве источника криоагента - криогенные резервуары с жидким азотом, установленные в каждом отсеке корпусов судоподъемного катамарана.

Схема осуществления заявляемого изобретения показана на чертежах. На фиг.1 и 2 изображены общий вид подводного судоподъемного катамарана и затонувшего судна. На фиг.3 и 4 - разрез и план одного из корпусов катамарана.

Для подъема судна 1 предусматривается подводный судоподъемный катамаран, состоящий из двух корпусов 2 и 3, а также двух соединительных мостов 4 и 5. Каждый корпус катамарана разделен на три отсека 6, 7 и 8, которые соответственно снабжены управляемыми клапанами 9, 10 и 11.

Для хранения запаса жидкого азота предусмотрены криогенные резервуары 12, 13 и 14, сообщенные с трубчатыми теплообменниками 15 трубопроводами с запорной арматурой 16 для подачи жидкого азота, и трубопроводами 17 для сбора и подачи внутрь каждого отсека газифицированного азота. Трубчатые теплообменники 15 выполняют одновременно роль пластырей и захвата затонувшего объекта.

Для сообщения внутренних полостей отсеков корпусов судоподъемного катамарана с забортной водой предусмотрены горловины 18, 19 и 20.

Перемещение и установка судоподъемного катамарана в непосредственной близости от затонувшего судна осуществляется с помощью движителей 21, 22 и 23. Предотвращение намораживания льда внутри корпусов катамарана в процессе судоподъемной операции осуществляется применением теплоизоляции 24.

Устройство работает следующим образом. Подводный судоподъемный катамаран с заправленными криогенными резервуарами 12, 13 и 14 доставляют к месту расположения затонувшего судна 1. Передвижение по поверхности акватории катамарана возможно тремя способами: с помощью морских буксиров, а также электрических станций, устанавливаемых временно или постоянно непосредственно на этом катамаране. При погружении автоматика и исполнительные механизмы судоподъемного катамарана могут за-питываться от автономного источника энергии, например аккумуляторных батарей, или от энергоустановки надводного спасательного судна с помощью кабеля.

При погружении открываются клапаны 9, 10 и 11 для выхода воздуха из каждого корпуса 2 и 3, в результате чего катамаран, заполняясь водой через горловины 18, 19 и 20, теряет свою плавучесть и с помощью подруливающих устройств 21, 22 и 23 дистанционным управлением устанавливается таким образом, чтобы затонувшее судно 1 оказалось между корпусами катамарана 2 и 3. Далее, открывая с помощью автоматики запорную арматуру на трубопроводе 16, подают жидкий азот в теплообменники 15, где он газифицируется при температуре минус 196°С и поступает через трубопроводы 17 в отсеки 6, 7 и 8, а затем через клапаны 9, 10 и 11 выходит на поверхность. За счет низкой температуры в теплообменниках 15 происходит замораживание воды между затонувшие судном 1 и корпусами 2 и 3 катамарана. Эта вода превращается в лед, прочно соединяя межу собой смораживанием судоподъемный катамаран и затонувшее судно. После этого закрываются клапаны 9, 10 и 11, выход газообразного азота из отсеков 6, 7 и 8 прекращается. Образовавшийся в теплообменниках 15 газ выдавливает через горловины 18, 19 и 20 из отсеков 6, 7 и 8 воду. Корпуса 2 и 3 судоподъемного катамарана осушаются, и он вместе с затонувшим судной 1 понимается за счет образовавшейся подъемной (архимедовой) силы на поверхность акватории. Необходимый дифферент и крен системы при всплытии обеспечиваются автоматически. Например, если появился крен на корму, то часть газа через горловину 18 отсека 6 выйдет на поверхность, частично (или полностью) этот отсек заполнится водой, подъемная сила, воздействующая на носовую часть катамарана, уменьшится, уменьшая при этом дифферент на корму системы. Аналогично устраняется и крен системы, только за счет принятия дополнительного водяного балласта одного из центральных отсеков 7. Наличие теплоизоляции 24 на внутренних бортах катамарана исключает замораживание воды внутри его корпусов 2 и 3.

Во время подъема системы давление за бортами катамарана уменьшается, газ внутри отсеков корпусов расширяется, избыток этого газа выходит на поверхность акватории через горловины 18, 19 и 20. Из всплывшего судна окачивают воду, обеспечивая его плавучесть, прекращают подачу жидкого азота, отсоединяют это судно от судоподъемного катамарана и вводят его в док для ремонта или утилизации.

Источники информации

1. Патент №2076511, МКИ В 63 С 7/06. Устройство для подъема затонувших объектов. / Седых Н.А. - прототип.

2. Авторское свидетельство СССР №1785948, МК В 63 С 7/06. Способ подъема затонувшего судна./ Седых Н.А. и Седых А.Н.

3. Авторское свидетельство СССР №109222, МКИ 63 B, 14. Способ подъема затонувших судов./ Бирюков Н.Н.

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

5. Молчанов В.А. Возвращение из глубин. - Л.; Судостроение, 1983.

6. Патент РФ №2009954, МКИ В 63 С 7/06. Устройство дня подъема затонувших объектов./ Седых Н.А. и Седых А.Н.

Устройство для подъема затонувшего объекта содержит емкости с горловинами для принятия водяного балласта и вытеснения через них воды, криогенные резервуары, трубчатые теплообменники и подруливающие устройства. Емкости выполнены в виде корпусов катамарана, соединенных между собой в носовой и кормовой частях соединительными мостами переменной длины. Каждый корпус разделен по длине не менее чем на три отсека 5, в каждом из которых расположен криогенный резервуар, а трубчатые теплообменники расположены на внутренних теплоизолированных бортах катамарана. При этом горловины центральных отсеков смещены к внешним бортам катамарана, а горловины крайних отсеков смежены в сторону оконечностей катамарана. Такое выполнение устройства позволяет осуществлять бесступенчатый подъем затонувшего объекта. 4 ил.

Устройство для подъема затонувшего объекта, содержащее емкости с горловинами для принятия водного балласта и вытеснения через них воды, криогенные резервуары, трубчатые теплообменники, клапаны для выпуска избыточного газа и ограничения скорости подъема, подруливающие устройства, отличающееся тем, что упомянутые емкости выполнены в виде подводного самоходного катамарана, состоящего из двух корпусов, связанных между собой в носовой и кормовой частях соединительными мостами переменной длины (состоящих из отдельных секций), а каждый корпус катамарана не превышает высоту затопленного объекта, разделен по длине на не менее чем три отсека, каждый из которых снабжен собственным криогенным резервуаром и трубчатыми теплообменниками на внутренних теплоизолированных бортах катамарана, при этом горловины центральных отсеков смещены к внешним бортам катамарана, а горловины крайних отсеков смещены в сторону оконечностей катамарана.