ЛЕДОКОЛЬНОЕ СУДНО Российский патент 2006 года по МПК B63B35/08 

Изобретение относится к судостроению, в частности к ледокольным судам и буксирам, предназначенным для эксплуатации во льдах.

В настоящее время наблюдается интенсивное освоение месторождений углеводородов на арктическом шельфе России. Ведутся работы по созданию морских буровых ледостойких платформ и загрузочных терминалов. Для обеспечения операций по загрузке нефтью танкеров создаются специализированные ледокольные суда. Они должны обеспечивать безопасное проведение швартово-загрузочных операций в море при наличии льда. В районах расположения добычных платформ и терминалов лед находится в непрерывном дрейфе. При этом направление дрейфа может резко изменяться, вплоть до противоположного. Для обеспечения безопасной загрузки танкеров ледокол обеспечения должен приготавливать, а затем поддерживать в течение всего времени загрузки майну с разреженным мелкобитым льдом. Для этого требуется выполнение частых маневров по разрушению подходящих к месту загрузки ледовых образований, включая торосистые гряды, расположенные в полях дрейфующего льда. При этом ледокольные суда могут двигаться как носом, так и кормой вперед, а также при любых углах дрейфа на циркуляциях во льдах. Поэтому ледоколы обеспечения оборудуются полноповоротными винторулевыми колонками (ВРК), которые находят все более широкое применение на судах, в том числе ледового плавания.

Увеличение тяговых характеристик движительного комплекса ледокольных судов представляет практический интерес использование комплекса "гребной винт-насадка". При этом можно получить увеличение тяги на 25-30%. Однако применение направляющих насадок до настоящего времени сдерживается тем, что при работе ледоколов в ледовых условиях наблюдается забивание входного отверстия насадки обломками льда. При этом тяга комплекса падает до нуля. Требуется применение специальных мер по защите насадок и движителей в целом как для уменьшения сил воздействия льда на ВРК, так и для обеспечения сохранения тяговых параметров движителей при работе судна в ледовых условиях.

Применение на судне ВРК приводит к необходимости использования специальных обводов кормовой оконечности. Ее характерной особенностью является наличие значительного плоского днища в месте расположения ВРК для обеспечения возможности полного поворота ВРК на 360 градусов. Этот кормовой участок днища находится на относительно малой глубине вследствие необходимости размещения поворотных движителей.

Шпангоуты в этой области имеют П-образную форму с развитыми закруглениями в зоне переходов от борта к днищу, которое имеет обширные горизонтальные участки. При такой форме кормы практически весь разрушаемый корпусом судна лед попадает к движителям, воздействуя на них.

Известно ледокольное судно, содержащее винторулевые колонки с гребными винтами, размешенными внутри направляющих насадок, ледокольную корму с ледоломким участком, переходящим в плоский участок днища, днище с плавным подъемом батаксов в районе кормы, ледоотводящий клин в районе днища (см. рекламный блок фирмы Rauma, Финляндия, на ледокольные суда типа Fennica и Nordica, 8 стр., 1993 г.), принятое нами за прототип.

Недостатком известного ледокольного судна является то, что форма кормовой оконечности не защищает движительный комплекс от льдин. На переднем ходу двигающиеся с носовой оконечности вдоль днища и бортов судна льдины свободно попадают в район движителей ВРК.

Существенно большие негативные качества такая форма кормы имеет на режиме движения судна задним ходом и при маневрировании. На заднем ходу из-за П-образности кормовых ветвей ватерлиний затрудняется раздвигание льдин в стороны. Поэтому по мере отхода судна в сплоченных и торосистых льдах сначала происходит разрушение и набивание льда в районе кормы. При дальнейшем движении происходит сжатие всторошенного льда, затем происходит притапливание ледового образования до осадки, равной осадке кормовых шпангоутов в районе расположения ВРК. После чего весь лед продвигается к ВРК. Происходит дальнейшее набивание льда в кормовом подзоре перед ВРК и судно начинает тормозиться за счет ледовых сил, действующих не столько на корпус, сколько на насадку и стойку поворота ВРК. Отмеченная негативная особенность усугубляется при работе судна в торосах. При этом возникают значительные ледовые нагрузки на поворотных колонках.

На переднем ходу движительный комплекс образует поток воды, который способствует удалению льдин с кормовой оконечности судна. Этот поток способствует продвижению льда к ВРК, подсасывает даже те льдины, траектория движения которых не совпадает с габаритами насадок. При попадании достаточно крупной льдины, которая не может пройти сквозь насадку, происходит лавинообразное забивание входного отверстия насадки льдом, и ВРК резко теряет тягу. При этом упор винта падает до нуля. Удаление льда в корме потоком воды от ВРК прекращается. Судно тормозится при отсутствии тяги. Значительные силы действуют на ВРК.

Заявляемое изобретение решает задачу обеспечения конструктивной защиты ВРК ледокольного судна от воздействия на них разрушаемых в процессе движения судна обломков льда как при работе судна на режиме переднего хода, так и на заднем ходу.

Для этого ледокольное судно, содержащее винторулевые колонки с гребными винтами, размешенными внутри направляющих насадок, днище с плавным подъемом батоксов в районе кормы, ледокольную корму с ледоломким участком, переходящим в плоский участок днища, и ледоотводящий клин на днище судна, снабжено расположенными на упомянутом плоском участке днища в районе кормы ледоотводяшим поясом клинообразной формы в плане с острием клина, ориентированным в сторону кормы, и ледоразрушаюшими зубьями, размешенными за и перед винторулевыми колонками и выступающими ниже уровня поверхности ледоотводяшего пояса.

Эта эшелонированная защита обеспечивает отбрасывание или разрушение льдин еще до их подхода к ВРК. Эта же защита, расположенная на корпусе судна, обеспечивает остановку судна, не передавая большие ледовые нагрузки на ВРК.

Конструктивная защита винторулевых колонок обеспечивается путем изменения формы кормовой оконечности ледокольного судна за счет установки ледоотводящего пояса и ледоразрушающих зубьев. Эти средства защиты от попадания крупных льдин к винторулевым колонкам с направляющими насадками установлены в местах, где льдины наименее слабо взаимодействуют друг с другом. Это снижает ледовые нагрузки на сами элементы защиты.

Предлагаемые конструктивные элементы не только способствуют максимальной защищенности ВРК и насадок от попадания льда и забивания насадок, но и исключают возможность навала ВРК на ледовые образования (торосы, наслоения и т.д.) при отходах ледокола задним ходом, что резко снижает нагрузки на ВРК.

Ледоотводящий пояс устанавливается в районе, где на заднем ходу судна завершается процесс поворота и притапливания первых секторов обломанного изгибом льда, в местах перехода бортовых ветвей шпангоутов в практически плоское днище, характерное для судов, оборудованных ВРК. Стенки ледоотводящего пояса расположены вертикально с возможным отклонением от вертикали ±10°. Его высота равна 0,1-1,0 толщины льда. Он представляет собой козырек профилированной формы: в плане ледовый пояс имеет клинообразную форму, обращенную клином в сторону кормы судна, что способствует отводу льдин в стороны бортов при движении судна задним ходом. Наружные границы ледоотводящего пояса расположены таким образом, что полноповоротные винторулевые колонки при вращении все время находятся внутри зоны пояса и защищаются им на заднем ходу и при маневрировании судна. При отходах назад ледоотводящий пояс будет воспринимать большую часть ледовой нагрузки и останавливать судно, не передавая силы на ВРК. Уровень ледовых нагрузок, воздействующих на ВРК, снизится за счет этого до безопасной величины. При этом может несколько ухудшиться ходкость судна в сплошных или смерзшихся льдах на заднем ходу. В битых льдах значительного ухудшения не произойдет.

Специальные ледоразрушающие зубья, установленные за направляющими насадками, при движении судна задним ходом дополнительно снижают энергию ударных воздействий крупных льдин на насадки.

Ледоразрушающие зубья, установленные в кормовой части днища за ВРК на линии периметра ледоотводящего пояса или несколько впереди его, препятствуют при движении судна задним ходом подсасыванию льдин гребными винтами из подводной части всторошенного ледового образования и забиванию насадок льдом, а также защищают ВРК от ударов о крупные льдины, не удаленные ледоотводящим поясом. Они расположены под углом стреловидности для отвода обломков льдин в стороны от ВРК. Их форма, расположение и размеры, а также степень эффективности, выражающаяся в уменьшении вероятности значительных ледовых воздействий на ВРК, могут быть окончательно определены на основании модельных испытаний в ледовом бассейне.

Для защиты поступления больших льдин при движении судна передним ходом на днище судна в зоне подъема кормовых ветвей батоксов перед ВРК также устанавливаются передние ледоразрушающие зубья. Они способствуют раскалыванию и отбрасыванию в стороны бортов больших льдин, поступающих к ВРК при движении ледокольного судна передним ходом. Льдины шириной менее, чем его толщина, опасности для ВРК не представляют. Передние зубья устанавливаются также под углом стреловидности, чтобы обеспечить сброс больших блоков льда, двигающихся по направлению к ВРК. Таким образом, предотвращается взаимодействие ВРК с большими обломками льда. Это снижает как уровень ледовых нагрузок, так и частоту забивания льдом насадок. При этом обтекание судна водой не ухудшается.

Поскольку как ледоотводяший пояс, так и ледоразрушающие зубья препятствуют движению льда, они воспринимают значительные ледовые нагрузки, которые в настоящее время воспринимаются ВРК. Это должны быть силовые конструкции судна. Они способствуют остановке судна, не передавая эти нагрузки на ВРК. При этом практически вся энергия динамического взаимодействия судна с ледовым образованием воспринимается корпусом с установленными на нем элементами защиты, а ВРК будет работать в существенно более благоприятных условиях, чем на обычных ледоколах с традиционной формой кормы. Точные размеры и места расположения ледоотводящего пояса и ледоразрушающих зубьев определяются при испытаниях моделей в ледовом бассейне. При установке ледоотводящего пояса чрезмерно больших размеров (высоты), более толщины льда, увеличится жесткость динамических взаимодействий корпуса со льдом, возрастут ускорения при торможении, заметно снизится ходкость судна задним ходом.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический вид ледокольного судна сбоку, на фиг.2 - схематический вид снизу кормовой части судна фиг.1, на фиг.3-4 - фотографии кормовой части судна.

Ледокольное судно (см. фиг.1) содержит корпус 1, ледокольную корму с заостренной ледоломной поверхностью 2 и плоской частью 3 в районе расположения винторулевых колонок 4 с гребными винтами 5, размещенными внутри направляющих насадок 6, днище 7 с плавным подъемом батоксов в районе кормы, ледоотводящий клин 8 в районе днища, ледоотводящий пояс 9 (фиг.2), ледоразрушающие зубья 10, расположенные за ВРК, и ледоразрушающие зубья 11, расположенные перед ВРК.

Устройство работает следующим образом. При движении ледокольного судна передним ходом образуемые при этом сектора льда притапливаются корпусом, образуя так называемую "ледовую рубашку". Двигаясь по днищу судна, льдины отводятся в стороны бортов стреловидным ледоразрушающим клином 8. Большие обломки льдин, попадающие в зону перед ВРК 4, наталкиваются на передние ледоразрушающие зубья 11, раскалываются и/или отбрасываются ими в сторону бортов, предотвращая взаимодействие ВРК с большими обломками льда.

При движении ледокольного судна задним ходом и в процессе маневрирования заостренная форма кормы 2 разрушает сплошной лед и раздвигает в стороны бортов обломки льда, повышая при этом ходкость судна на заднем ходу. После разрушения сплошного льда на заднем ходу ледоломной поверхностью кормы 2 обломки притапливаются кормой и в зоне минимального воздействия соседних льдин упираются в ледоразводящий упорный пояс 9, который разводит эти обломки льда в стороны и препятствует продвижению их к ВРК. Кормовые ледоразводящие зубья 10 предотвращают попадание крупных льдин к ВРК из подводной части всторошенного ледового образования. В случае значительного сопротивления льда при движении задним ходом на увеличенной скорости (набег) корма и ледоразводящий упорный пояс 9 обеспечивают остановку судна, ограждая ВРК 4 от больших ледовых нагрузок, и исключают возможность непосредственного навала ВРК на ледовые образования.

Изобретение относится к судостроению, а именно к ледокольным судам. Ледокольное судно снабжено в районе кормы на плоском участке днища ледоотводящим поясом клинообразной формы в плане с острием клина, ориентированным в сторону кормы, а также ледоразрушающими зубьями, размещенными за и перед винторулевыми колонками и выступающими ниже уровня поверхности ледоотводящего пояса. Технический результат заключается в обеспечении конструктивной защиты винторулевого комплекса судна от воздействия на него обломков льда как при работе судна на режиме переднего хода, так и на режиме заднего хода. 4 ил.

Ледокольное судно, содержащее винторулевые колонки с гребными винтами, размещенными внутри направляющих насадок, днище с плавным подъемом батоксов в районе кормы, ледокольную корму с ледоломким участком, переходящим в плоский участок днища, и ледоотводящий клин на днище судна, отличающееся тем, что судно снабжено расположенными на упомянутом плоском участке днища в районе кормы ледоотводящим поясом клинообразной формы в плане с острием клина, ориентированным в сторону кормы, и ледоразрушающими зубьями, размещенными за и перед винторулевыми колонками и выступающими ниже уровня поверхности ледоотводящего пояса.