ПОДВОДНЫЙ ТАНКЕР Российский патент 2010 года по МПК B63G8/00 B63B35/00 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации подводного танкера. Разработка подводных жидких ископаемых требует их доставки в конкретное место на берегу. До второй мировой войны велись разработки и строили военные подводные танкеры для дозаправки подводных лодок в походных условиях. В наше время пусковые установки атомных подводных лодок перестраиваются для размещения грузовых контейнеров или наливных танков либо используется комплекс цистерны с нефтью и подводной лодки, либо танкер на базе подлодки и также строятся танкеры для экологической очистки затонувших перевозчиков жидкого груза (патент RU №2062731 С1, 27.06.96, В63В 35/00). Основной недостаток модернизации применения подводной лодки - большой объем пространства, помимо подводного танка, используется для собственных нужд: многочисленные отсеки, легкие и прочные корпуса, энергетическая система, многочисленный состав подводников, множество вспомогательных служебных и бытовых помещений и устройств. Элементы водной среды и жидкого груза - легкой нефти пытались учесть в предложениях строительства подводных танкеров с корпусом из двух проницаемых каркасов с гибкой герметичной емкостью внутри для залива груза и двух дополнительных мягких емкостей для работы по балансировке плавучести танкера. От подводного корпуса имеются тяги к поплавкам вверх и к судну-буксировщику (патент RU №2027632 С1, 27.01.95, B63B 35/00). В усовершенствованном аналоге взаимодействие буксировщика с корпусом танкера с проницаемыми стенками также включает плавучие элементы, а тяги от последних проходят вместе с трубопроводами, причем первый трубопровод используется на закачивание жидкого груза и имеет клапан входа в полость подводного танкера, а при сливе из второго трубопровода с клапаном выхода из танкера через первый снизу подается воздух повышенного давления (патент RU №2048371 C1, 20.11.95, B63B 35/00). Танкеры с проницаемыми корпусами нуждаются в буксировщиках, имеют трудности регулировать глубину погружения танка при движении, конструкция тяги груза за буксиром не оптимальна для тяговых приложений силы, опасны шторм, встречные суда, рифы, что может привести к экологическим катастрофам. Жидкий груз, имея плотность меньше плотности воды, особенно легкая нефть, в воде имеет большую положительную плавучесть, которую трудно погасить, поэтому работа воздушной емкостью и поплавками делается невостребованной. К тому же заливаемая вода в отдельную оболочку вытесняет в проницаемом корпусе тот же объем воды и имеет нулевую плавучесть. Выделяется аналог подводного танкера для плавания в ледовых условиях с наружными и внутренними прочными корпусами, включающими общий междубортный набор соединений. Грузовые отсеки выполнены в виде многогранников - призм или пирамид, которые в целом придают корпусу ледоразрушающую форму (патент RU №2087375 C1, 20.08.97, B63G 8/00). Увеличение жесткости и прочности корпуса танкера увеличивает размер отрицательной плавучести, которая может использоваться на погашение положительной плавучести легкой и средней нефти и танкер выходит на нулевую плавучесть, которую надо иметь для прохода под водой. Чтобы крушить лед надо создать повышенную положительную плавучесть для напора танкера снизу вверх и затем работать сверху вниз в надводном положении, что можно при пустом грузовом отсеке на обратном рейсе за нефтью, однако возникают проблемы в балансировке плавучести, безопасности, снижении желаемого объема перевозимого груза, а непредвиденная толщина льда при всплытии и прохождении может превышать 2-3 м. За прототип взят патент RU №2093411 C1, 20.10.97, B63G 8/00, по которому в подводной лодке Кашеварова "ПЛК" в качестве емкости для пресной и морской воды использована балластная горизонтальная цистерна с эластичной перегородкой, отделяющей верхнюю часть цистерны с пресной водой от ее нижней части с балластной водой, причем прогиб может быть полным вверх или вниз для заполнения всей цистерны пресной или морской водой.

Целевая установка - разработать устройство самоходного подводного танкера повышенного тоннажа, основное пространство которого будет занимать нефть или ее продукты, либо на обратном рейсе - забортная балластная вода с воздушной емкостью, с обеспечением повышенной безопасности, без открытого воздуха для нефти, непотопляемости танкера работой отсека регуляции плавучести, сохранения груза в аварийной ситуации без нарушения экологии акватории, уходом на глубину при штормовой погоде, сохранностью при столкновениях.

Технический результат изобретения заключается в выполнении бронированной прочной оболочки грузовой емкости расчетной вместимостью нефти или ее продуктов конкретной относительной плотности и положительной плавучести с заменой в емкости в обратном рейсе на забортную воду той же массы с учетом ее плотности и заполнения остатка пространства грузовой емкости в виде воздушной емкости в двухслойной мягкой оболочке, что создает равные условия в рейсах по содержимому в безвоздушной грузовой емкости по относительной плотности, в том числе средней по воде вместе с воздухом, массам и размерам положительной плавучести, балансируемых равной отрицательной плавучестью как для нефти или ее продуктов, так и для воздушной емкости в мягкой оболочке, частью тяжести танкера и в основном его расчетным балластом в посадочном днище, а управляемая балансировка положительной и отрицательной плавучести танкера выполняется его двумя отсеками регуляции плавучести с одновременным дозаливом к постоянной массе воды или сливом, в т.ч. при переменах относительной плотности нефти или ее продуктов, забортной воды другого водоема. Новизна разработки заключается в раскрытии конструктивных элементов строения в совокупности их формы, взаимного расположения, видов взаимосвязей, взаимодействий по их относительной плотности материалов, их объемов и масс, в том числе водоизмещения, размерам положительной или отрицательной плавучести с основным элементом - конкретной водной средой, что позволяет подвести к определенному техническому результату и его использованию.

При достижении цели и технического результата для перевозки жидкого груза предлагается бронированный подводный танкер с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, имеющий внешний прочный корпус-оболочку грузовой емкости, выполненной из брони относительной плотности 7,87 т/м³, длиной 100 м, толщиной стен 1,5 см с бронированными перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов, например, 30000 т, горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, два отсека регуляции плавучести танкера, две штурманские рубки, два дистанционно управляемых стыковочных устройства, трубопроводы, насосы, четыре реверсивных электродвигателей и посадочное днище. Приводится пример расчетов положительной и отрицательной плавучестей, объемов и масс составных частей танкера и их водоизмещении по упрощенному обтекаемому профилю - плоских верха и низа корпуса емкости с полуцилиндрическими по продольной оси боковыми стенами, с обтекаемыми угловыми емкостями отсеков регуляции плавучести по поперечной оси носа и кормы судна, со стыковочными устройствами, рубками, реверсивными электродвигателями и особенно балласта посадочного днища.

Внутри грузовой емкости имеется разделительная мягкая эластичная или не растягивающаяся двухслойная оболочка из современных материалов, в т.ч. наноматериалов, закрепленная по серединной линии полуцилиндрических боковых стен и по горизонтальной середине поперечных переборок, с возможностью путем допуска материала и его эластичности выстилать нижнюю половину емкости при залитой нефти или ее продуктов, которые далее будут входить в понятие «нефть», или верхнюю половину в обратном рейсе при залитой забортной воде. Корпус емкости - прочной оболочки выполнен по конкретным расчетам. Пример приведен на использовании показателя плотности средней нефти р=0,85 т/м³. При вместимости 30000 т нефти необходимо иметь V рабочей грузовой емкости на мягкой оболочке = 35 294,117 м³. Плавучесть нефти при этом в морской воде с р=1,016 т/м³ рассчитана по авторской универсальной формуле определения плавучести физического тела по закону Архимеда (зарегистрирована ФГУП «ВНТИЦ» 22 января 2007 г. №73200700004):

П нефти=М нефти: p нефти × p морской воды - М нефти, где

П - плавучесть, в т;

М - масса, в т;

p - относительная плотность, в т/м³.

П нефти=30000 т: 0,85 т/м³×1,016 т/м³ - 30000 т = +5858,822 т в морской воде. Такая положительная плавучесть нейтрализуется частью тяжести танкера и балластом посадочного днища. При заливе емкости 35294,117 м³ под мягкой оболочкой забортной морской воды помещается 35858,822 т, т.е. при замене в грузовой емкости нефти на балластную воду баланс теперь в сторону отрицательной плавучести нарушается на -5858,822 т, притом, что такой размер балласта уже учтен при балансировке нефти. Поэтому техническое решение заключается в обеспечении для обратного рейса залива емкости забортной водой объемом 29527,559 м³, составляющим массу в 30000 т. Остальной объем пространства грузовой емкости 5766,558 м³, имеющий положительную плавучесть +5858,822 т, используется в виде накаченного под атмосферным давлением воздуха, находящегося в герметичной воздушной емкости, образованной двумя слоями мягкой оболочки. Причем верхний слой выстилает верхнюю половину емкости, а нижний находится над залитой водой.

Далее определяем размер объема грузовой емкости внутри твердой оболочки при ее длине 100 м, Vгp.емкости=35294,117 м³ - объем перевозимой нефти, к которой надо добавить объем двухслойной мягкой оболочки, например, при р=1,2 т/м³, толщине = 0,6 см. При этом прочная оболочка грузовой емкости выполнена с плоскими верхом и низом шириной, например, 30 м и с полуцилиндрическими боковыми стенами с S поперечного сечения внутри = 352,94117 м². Расчеты показывают по формуле: 3,1416×R²м²+30м×2×Rм=352,94117 м², что R=4,717226 м - это внутренний радиус полуцилиндрических боков, а удвоенный радиус 9,434452 м - внутренняя высота прочного корпуса танкера. Ширина эластичного полотна мягкой оболочки = 39,434452 м. На каждый край необходим допуск для крепления по 1 см. S мягкой оболочки = 3946,2342 м², V = 23,677405 м³, М мягкой оболочки = 28,412886 т. Если делается напуск двухслойного полотна мягкой оболочки, он учитывается в расчетах, если используется не растягивающееся двухслойное полотно, которое выстилает нижнюю или верхнюю половину грузовой емкости, то определяется площадь внутренней поверхности половины емкости, объем полотна и его масса, например, при относительной плотности оболочки = 1,2 т/м³, толщине 0,6 см и длине 100,02 м, S с допуском = 4484,8604 м², V=26,909162 м³, М=32,290994 т. Далее вносятся коррективы в объем и массу грузовой емкости, т.е. вместимость остается прежней, но добавляется объем мягкой оболочки и ее масса, что увеличивает габариты прочной оболочки и требует дополнительных расчетов. S поперечного сечения внутри прочной оболочки = 353,21026 м² с вариантом не растягивающейся двухслойной мягкой оболочки, R - внутренний радиус полуцилиндрических боков = 4,7202277 м, разность с новым радиусом в целом увеличивает ширину мягкой оболочки на 0,0060034 м, что составляет S=0,60046 м², V=0,0036027 м³, М=4,3232 кг и что можно использовать для последней корректировки или пренебречь. Далее по прочной оболочке h - высота внутри = 2R = 9,4404555 м, внешний R=4,7352277 м, h плоских внешних поверхностей прочной оболочки = 9,4704555 м, S поперечного сечения внешней прочной оболочки = 354,55581 м², S поперечного сечения брони прочной оболочки = 1,34555 м², V брони оболочки = 134,555 м³, М внешней оболочки = 1058,9478 т. Масса нефти или ее продуктов, или забортной воды = 30000 т, толщина брони перегородки емкости = 2,5 см, V брони перегородки прочной оболочки = 8,8638952 м³, М брони двух перегородок = 139,51771 т, М мягкой оболочки = 32,290994 т. Для усиления прочности танкера по местам стыковок и сварки листов брони приварены из брони ленты толщиной 1,5 см и шириной 4 см по прочной оболочке, кроме нижней плоскости танкера, массой по мере расхода, например, длиной 1300 м. S ленты = 52 м², V ленты = 0,78 м³, М ленты = 6,1386 т, М всей грузовой емкости = 31236,895 т, V емкости внутри танкера = 35321,026 м³, V внешней прочной оболочки вместе с перегородками и прочностной лентой = V вытесняемой морской воды = 35474,088 м³, М вытесняемой морской воды = 36041,673 т.

В ходе эксплуатации танкера для балансировки его положительной и отрицательной плавучестей, в том числе при перевозке жидкого груза разных плотностей предусматривается использование двух отсеков регуляции плавучести по обе стороны от поперечных переборок грузовой емкости объемом угловых емкостей носа и кормы с одновременным их заливом или сливом забортной воды и подачей воздуха из баллонов сжатого воздуха или его стравливания. Каждый отсек условно делится на часть в пределах ширины 30 м и в пределах боковых стен. Первая выглядит по поперечному сечению как равнобедренный треугольник с внешним выступом угла 3,5 м от переборки, при внешней h по переборке 9,4704555 м и внешней шириной угловых стен по 5,8883258 м, S внешнего поперечного сечения = 16,573296 м², толщина брони угловых стен = 2,5 см, S угловых стен отсека = 352,55628 м² с вычетом эллиптической площади, занятой трубой = 0,7432538 м², V брони угловых стен отсека = 8,813907 м³, V брони угловых стен двух отсеков = 17,627814 м³, М брони угловых стен двух отсеков = 138,73089 т, V водоизмещения этой части отсеком регуляции вместе с штурманской рубкой = 497,19888 м³, двух отсеков = 994,39776 м³, М водоизмещения отсека первой части = 505,15406 т, двух отсеков = 1010,3081 т. Броневая боковая стена отсека регуляции представляет собой усеченный полуцилиндр с его основанием как продолжение от перегородки боковой стены грузовой емкости на длину отсека 3,5 м. Условно боковая часть выглядит полуэллиптическим срезом от диаметра основания до передней или задней внешней угловой кромки. Далее боковая стена отсека регуляции передним краем на носу или задним краем на корме сгибается так, что стенки образуют угол, обеспечивая переход от эллиптических поверхностей среза сверху и снизу к плоским, края которых на углу свариваются, образуя угол, равный углу угловых стен отсека, длиной, равной радиусу полуцилиндра, что требует отреза излишка в 2,7028685 м, начиная от угла со сходом на нет отреза у основания полуцилиндра. Такой отрез необходим для стыковки и сварки с угловыми стенами первой части отсека. V усеченного полуцилиндра = 41,091253 м³, остальная часть боковой стены выглядит как неправильная пирамида с основанием поперечного сечения угловых стен с V=26,159443 м³. Суммарно V боковой стены = 67,250696 м³, V всех боковых стен = 269,00278 м³, S боковой стены отсека = 42,606632 м², V брони боковой стены углового отсека = 1,0651658 м³, V брони боковых стен = 4,2606632 м³, М брони боковой стены углового отсека = 8,3828548 т, М брони четырех боковых стен угловых отсеков = 33,531419 т. V брони внешних стен двух угловых отсеков = 21,888477 м³, М брони внешних стен двух угловых отсеков = 172,26231 т, V водоизмещения одного отсека = 631,70026 м³, V водоизмещения двух отсеков плавучести танкера = 1263,4005 м³, М водоизмещения двух отсеков = 1283,6149 т, V внутри двух отсеков регуляции для работы с плавучестью = 1241,5121 м³, по 620,75605 м³ в каждом. Верх верхней угловой стены имеет люк доступа в отсек.

В центральной части отсеков регуляции выполнены штурманские рубки высотой 2,5 м, шириной 8 м вдоль емкостной переборки, на которой по центру вверх приварены скобы для входа-выхода на поверхность через отрезок также со скобами внутри трубы высотой = 3,4852277 м, R внутри трубы = 0,35 м, R внешний = 0,375 м, S внутри трубы = 0,384846 м², S внешний = 0,4417875 м², S сечения брони = 0,0569415 м², V брони трубы = 0,198454 м³, М брони двух труб = 3,1236658 т, внешним V двух труб = 3,07946 м³, из которых 2,631182 м³ находятся внутри отсеков, а 0,448278 м³ вне при h=1,0146916 м и М для двух труб = 0,4547128 т. Трубы пронизали две плоскости, по которым произведены вычеты площади, объемов и массы устраненной брони. Каждая труба имеет входной - выходной люк. В низу отрезка трубы, в рубке может находиться люк также, как и верхний, толщиной брони 1,5 см, открывающийся вниз и вбок, закрывающийся при аварийном выходе под водой. При этом М брони четырех люков = 0,2086116 т. Впереди и позади судна выполнены дистанционно управляемые конусные стыковочные устройства для подводных технологических модулей бурового и эксплуатационного оборудования стандартного типа, например, V водоизмещения двух устройств = 0,014754 м³, М водоизмещения = 0,01499 м³, их М=0,09 т. К каждому устройству присоединены четыре трубопровода, внешне проходящих попарно справа и слева к рубке, поднимаясь по верхней угловой стене до уровня потолка и проходя внутрь рубки, где в верхних и нижних боковых углах рубки выполнены короба для труб и насосов со звукоизоляцией. Трубы вверху присоединяются к насосам, затем по переборке поднимаются вверх в отсеке регуляции и через перегородку и входные клапаны проходят внутрь грузовой емкости. Технологически все трубопроводы проходят через рубку, где установлены насосы, датчики, счетчики, расходомеры. В рубке находятся четыре трубопровода забора воды с отверстиями забора по два справа и слева рядом с углом на его верхней стене, затем трубы внутри рубки со вставками в коробах насосов проходят по нижней угловой стене до пола. Далее одна труба проходит через пол рубки в отсек регуляции и внизу отсека через переборку с входным клапаном в грузовую емкость. Другая труба в нижнем боковом коробе на полу проходит до переборки и с входным клапаном в грузовую емкость. То же самое по другому боку рубки. Также с забором воды двумя трубами отсека регуляции, но они по нижней боковой стене со вставкой насосов проходят внутрь отсека регуляции. Трубы слива воды из отсека регуляции с его низа по переборке поднимаются до пола рубки, в боковых коробах присоединяются к насосам и далее проходят к нижней угловой стене с выходом наружу. Третья сливная труба выполнена на случай аварии. Имеют место баллоны сжатого воздуха, две трубы которых с вентилями регуляции поднимаются по переборке, в т.ч. в отсеке плавучести и воздух поступает через клапаны выпуска. Предусмотрена подача атмосферного воздуха в отсек регуляции двумя телескопическими с оболочками воздуховодами с насадками незаливаемости при нахождении танкера рядом с поверхностью воды. Сверху по переборке до ее середины в рубке выполнены четыре воздуховода с насадками незаливаемости водой на верху труб, со вставкой в вертикальных боковых коробах рубки со звукоизоляцией насосов подачи воздуха в мягкую оболочку через клапаны входа во время слива нефти и залива забортной воды. На корме для нефти, воды и воздуха установлены такие же трубопроводы с насосами, но с клапанной системой на откачку нефти, воды и выпуск воздуха, с местами слива нефти из емкости через две трубы танкера в верхней половине над серединой, через другие две трубы ближе к верху емкости и через стыковочное устройство танкера. Откачка воды через трубы выполняется внизу емкости, откуда трубы проходят в отсек регуляции, поднимаются по переборке в штурманскую рубку, где вставляются насосы и проходят по боковом коробам со звукоизоляцией к нижней угловой стене с выходом через нее. Выпуск воздуха осуществляется трубами с насосами и клапанами выпуска. Предусматриваются дополнительные отверстия присоединения стыковочных устройств другого типа забора нефти береговом или других судов оборудованием, при этом выполнение работ осуществляется с танкерного пульта управления. В каждой переборке имеются по два герметичных люка из штурманской рубки в грузовую емкость, один выше, другой ниже крепления двухслойной мягкой оболочки для строительных работ, инспекции и ремонта. Устранение воздуха осуществляется через газовый предохранительный клапан в верхней плоскости емкости выдавливанием водой и воздушной емкостью, а внизу выдавливанием раздутой воздушной емкостью с отсосом насосом откачки воды, затем заливом воды и сдувом части воздушной емкости при подготовке в обратный рейс за нефтью, позднее заливом на мягкую оболочку нефти и ее выдавливанием воды и остатка воздуха при откачке воды и спуске воздушной емкости на месте забора нефти.

В рубках на нижних угловых стенах и частью на полу смонтированы шлюзовые камеры для выполнения малых ремонтных работ, инспекций стыковочного устройства и технологического модуля, перехода из рубки в рубку и на аварийный случай, например, шириной 0,9 м, глубиной 0,9 м и длиной 2,0 м. Люк в камеру находится на 10 см выше середины передней стенки шлюза. Выходной люк выполнен в верхней угловой стене рядом с углом. Пространство внутреннего угла рядом с камерой ее объемом использовано для дополнительной емкости с клапанами, как и у камеры, поступления воздуха из рубки в емкость и его выхода, с забортной водой, учитываемой в отрицательной плавучести содержимого рубки. Вода емкости, перекаченной в камеру, помогает оператору выдержать давление внешнего массива воды, когда он открывает люк внешней стены, выходит в открытый водоем и закрывает люк. Дополнительно в низу стенки камеры на уровне пола выполнено перекрываемое отверстие из рубки для аварийной откачки воды из рубки насосом камеры. В штурманской рубке установлена одноместная декомпрессионная камера для использования при нарушениях режима декомпрессии из-за пребывания при большом давлении в массиве холодной воды, хотя и в гидротермокостюме.

Внутри по сечению от переборки к носу или корме штурманская рубка условно состоит из прямоугольника с длиной потолка и пола от переборки 2,55 м и равнобедренного треугольника с его высотой - остатком 0,95 м длины от переборки до внешнего угла стен. Рубка выполнена с повышенной прочностью - толщиной брони 2,5 см пола, потолка, боковых стен, занимает у отсека регуляции объемом рубки в виде прямоугольного параллелепипеда и переднего пространства угловых стенок 61,27 м³, объемом двух рубок 122,54 м³, вместе с выходными трубами = 125,61946 м³, из которых 0,448278 м³ при М=0,4547128 т вне отсеков регуляции, S брони рубки = 55,420713 м² без круглой площади, использованной трубой у потолка = 0,4417875 м², V брони внутренних боковых стен, пола и потолка штурманской рубки = 1,3855178 м³ при М=10,904025 т, М брони двух штурманских рубок вместе с выходными трубами и люками = 25,140326 т. На угловых стенах в рубке рядом с пультом управления выполняются два смотровых окна, например, в виде сегмента шара из бронестекла относительной плотностью 2,25 т/м³ с r=0,45 м, S основания сегмента = 0,636174 м², h=6 см, с определением по формуле: V=1:6×3,1416×h×(h²+3r²), V=0,0191983 м³ и М=0,0431961 т. М четырех сферических сегментов = 0,1727844 т. М брони, которая могла быть в четырех отверстиях = 0,5006672 т - для поправки расчетов масс. Далее в двух штурманских рубках: М трубопроводов и насосного оборудования = 2,28 т, М аккумуляторных батарей = 1,56 т, М внутренних перегородок, шлюзовых камер с дополнительными емкостями и оборудованием, например, двух барокамер = 4,2 т, М содержимого хозяйственных и складских помещений с различными приборами, устройствами, запасами, включая продуктов питания и пресной воды, средствами безопасности = 0,5 т, М содержимого жилищно-бытовых секций, двух биотуалетов = 0,3 т. М четырех операторов = 0,4 т. С вычетом данных штурманской рубки V внутри отсека регуляции для работы с плавучестью = 558,1705 м³, в двух отсеках 1116,341 м³. М объема морской воды для работы отсеков регуляции с плавучестью = 1134,2024 т. V водоизмещения отсеков регуляции и части труб рубок = 1263,8485 м³, М водоизмещения двух отсеков = 1284,07 т, М двух отсеков, в т.ч. с учетом бронестекла вместо брони = 207,56474 т, V водоизмещения четырех электродвигателей, выносных балок и кронштейнов = 0,1901639 м³, М их водоизмещения = 0,1932065 т и их М=1,16 т, М балансировочной заливаемой воды в отсеки регуляции, учитываемой в отрицательной плавучести танкера, равной суммарно массе вместимости одного отсека = 567,10122 т, М всего танкера без посадочного днища = 32011,56 т V водоизмещения подводного танкера без посадочного днища = 36738,14 м³, М водоизмещения танкера без посадочного днища = 37325,95 т.

Расчет отрицательной плавучести посадочного днища определяется по вычислению в потребности компенсации положительной плавучести танкера без посадочного днища при имеющихся параметрах как разность от массы водоизмещения танкером его массы как таковой по формуле: П танкера = V танкера без посадочного днища × p морской воды - М танкера без посадочного днища. П танкера=36738,14 м³×1,016 т/м³ - 32011,56=+5314,39 т. Вычитанием выявили размер положительной плавучести танкера, которую необходимо сбалансировать отрицательной плавучестью, например, балластным посадочным днищем для выведения танкера на нулевую плавучесть. Нижняя плоскость грузовой емкости и ее перегородок танкера составляют верх посадочного днища, выполненного из армированного бетона относительной плотностью 4,5 т/м³, например, в виде прямоугольного параллелепипеда. Используем формулу, производную из авторской универсальной формулы по закону Архимеда: П тела = V тела × (p морской воды - p тела), в которой V меняем на S×h, где

П - плавучесть, в т;

V - объем, в м³;

p - относительная плотность, в т/м³;

S - площадь, в м²;

h - высота, в м.

-5314,39 т =3001,5 м² × h м × (1,016 т/м³ - 4,5 т/м³), -5314,39 т=10457,226 т/м × h м, h м=0,5082026 м. V посадочного днища = 1525,3701 м³, М водоизмещения посадочного днища = 1549,776 т. М посадочного днища = 6864,1654 т. М всего танкера с посадочным днищем = 38875,7254 т, V водоизмещения танкера с посадочным днищем = 38263,51 м³, М водоизмещения танкера с посадочным днищем = 38875,726 т. Равенство массы подводного танкера и массы морской воды, измещаемой танкером, обеспечивается равенством положительной плавучести танкера +5314,39 т и отрицательной плавучести танкера -5314,39 т, что в целом выводит танкер на его нулевую плавучесть. Для обеспечения прочности посадочное днище делается в упаковке четырех стен и дна из бронированной стали толщиной 2,5 см. Расчет делается по последней формуле с учетом высоты стенок днища и его дна: -П днища без дна=V брони × (р воды - р брони)+V ж/б × (р воды - р ж/б). Для упрощения расчетов дно днища рассчитываем отдельно: V брони дна = 75,0375 м³, М брони дна = 590,54512 т, -П брони дна =-514,30701 т. Такой размер отрицательной плавучести вычитаем из -5314,39 т и разницу используем далее. -4800,083 т =6,5 м² × hм × (1,016т/м³-7,87 т/м³)+2995 м² × h × (1,016 т/м³-4,5 т/м³), 4800,083 т=10479,131 т/м × h м, h=0,4580611 м. -П брони стенок днища = -20,407079 т, -П брони днища = -534,71408 т, -П ж/б=-4779,6748 т, V брони днища = 78,014893 м³, Vж/б=1371,8928 м³, М брони днища = 613,9772 т, М ж/б=6173,5176 т, высота корпуса танкера = 9,9535166 м, V водоизмещения посадочного днища = 1449,9078 м³, М посадочного днища = 6787,4948 т, М всего танкера = 38799,054 т, V водоизмещения танкера = 38188,047 м³, М водоизмещения танкера = 38799,055 т. Величины объема и массы днища стали меньше, т.к. стала использоваться броня с повышенной относительной плотностью и с меньшим объемом водоизмещения. Полученные приемы расчетов используются для геометрических преобразований днища, например, в виде скошенных углов спереди и сзади как продолжение нижней угловой стены либо с добавлением скошенных боковых стенок, либо с закруглением углов для лучшей обтекаемости и в целом наноструктурированного покрытия для повышения мореходных качеств, а также с использованием менее затратных строительных материалов.

Обеспечение воздухом выполнено из воздушной емкости, наполненной в обратном рейсе, путем фильтрации притока в рубку и вытяжки из рубки. На стоянке слива нефти в надводном положении воздух поступает через отводы от воздушных труб. При заборе нефти и в рейсе с нефтью используется воздух отсеков регуляции с трубами и насадками незаливаемости через аппараты очистки и нормализации воздуха, с вентиляцией отсеков атмосферным воздухом перед выходом в рейс. Возможно использование дополнительной подачи из баллона сжатого воздуха с вытяжкой воздуха через отдельный воздушный предохранительный клапан.

Зарядка рабочих четырех аккумуляторных батарей производится от береговых электроустановок во время слива нефти или ее продуктов и залива забортной воды с надувом мягкой оболочки. Для вертикальных и горизонтальных перемещений предусмотрена работа отсека регуляции плавучести и внешних боковых реверсивных электродвигателей, поворачивающихся в вертикальной плоскости на 360°. Монтаж четырех электродвигателей стационарно выполнен на металлических осях - стержнях, каждый из которых поворачивается на двух опорных подшипниках. Один из подшипников находится в опорной балке, например, длиной 1,2 м, приваренной по горизонтальной середине боковой усеченной полуцилиндрической стены отсека регуляции от его переборки с грузовой емкостью. Второй подшипник герметично выполнен в сплетении четырех крепежных стоек, под углом опирающихся еще на две дополнительные горизонтальные балки выше и ниже серединной, используемых для формирования обтекаемой конструкции вокруг стоек гидродинамического герметичного "плавника" с двояковыпуклыми симметричными профилями, в которых имеется пространство для устройства электропривода с системой зубчатых передач, с возможностью стержню и внешне электродвигателю с гребным винтом на нем выполнять круговые повороты и фиксироваться. Совместная работа электродвигателей с использованием их реверсивности и разности углов поворотов результирующим команды джойстиком позволяет двигаться танкеру в любом направлении при отсутствии гидродинамической кавитации при работе гребных винтов и вне зависимости от погодных условий.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен подводный танкер, содержащий прочный корпус 1 грузовой емкости 2 с двухслойной мягкой оболочкой 3, с утолщенными переборками 4 и отсеки регуляции 5, внутри которых расположены штурманские рубки 6 со смотровыми окнами 7. В носовой части выполнен стыковочный узел забора нефти 8 с трубопроводами 9, а на корме имеется стыковочный узел слива нефти 10 с его трубопроводами 11. Имеют место воздушные трубы забора воздуха с насадками незаливаемости водой 12, мачты с антеннами и молниеприемниками. Балластный отсек составляет посадочное днище 13. Горизонтальные передвижения и вертикальные перемещения вместе с отсеком регуляции обеспечивают реверсивные электродвигатели 14.

Технология осуществления заключается в том, что процедуры перевозки нефти, ее продуктов, их заливов и сливов, тоже с забортной водой в целях безопасности производятся в емкости прочной оболочки без впуска и стравливания воздуха, что обеспечивает взрывопожаробезопасность. Для слива нефти танкер ставится так, чтобы носовая часть была ниже кормовой, залив воды и нагнетание воздуха наполнением емкости мягкой оболочки производятся с носа судна, способствуя одновременному процессу слива. Используются внешние и/или внутренние насосы откачки нефти, ее продуктов и подачи забортной воды с одновременным надувом воздушной емкости с автоматической регуляцией параметров изменения размеров объемов слива и залива с пульта управления. Даже при простом подводном доступе в грузовую емкость вода, имея большую относительную плотность, начинает выдавливать нефть. В месте забора нефти танкер устанавливается кормой ниже, давая возможность откачки воды и выпуска воздуха в стороне от одновременного забора нефти и способствуя забору понижением давления в емкости на мягкой оболочке. При этом на стационарных местах забора или слива нефти или ее продуктов отсеки регуляции заливаются водой для обеспечения отрицательной плавучести танкера и неподвижности при заборе или сливе. В рейсе для прохода на той или иной глубине по курсу используются повороты реверсивных электродвигателей, временами выполняется рабочая балансировка для прохода на той или иной глубине по курсу, например, по осадке ниже любого судна. Подводные лодки предупреждаются гидроакустическими генераторами сигналов в водной среде. Под водой нет качки, к тому же емкость танкера плоская и полностью заполнена, а вверху с водой есть воздушная емкость, внизу - твердый балласт посадочного днища. Заданная форма и нулевая плавучесть танкера обладают сниженной гидравлической сопротивляемостью движению под водой, нет влияния повышенной температуры воздушной среды, избытка кислорода, нагревания и расширения нефти, искрения электродвигателей. Коррозия металлов предусматривается покрытием спецлаком "Полимерон".

Рубки выполнены с одинаковом набором помещений и оборудования для работы и отдыха двух операторов в каждой. В передней - носовой конусное стыковочное устройство на забор нефти, в кормовой - на ее слив. Первая бригада работает на проход и забор нефти, а по возвращении на забор балластной воды и нагнетание воздуха. Вторая бригада - на слив забортной воды и выпуск воздуха, проход и слив нефти. Штурманская рубка имеет пульт управления с дублированием информации и управлением всего танкера. Данные счетчиков, датчиков, расходомеров и акустических приборов замеров положительной и отрицательной плавучестей подводного танкера, насосов забора и откачки нефти, забортной воды, подачи и стравливания воздуха мягкой оболочки, глубины и дифферента используются компьютерной программной аналитической обработкой для оценки ситуации, принятия и выполнения производственного решения. Например, по работе отсеков регуляции плавучести, обеспечения оптимальных условий прохождения разработанного курса. Внедрение автоматического управления, например, системой удержания танкера на заданной глубине с датчиками глубины и дифферента, позиционирования танкера в горизонтальной плоскости с использованием реверсивных электродвигателей, донных маячков и пеленгаторов их акустических сигналов. В рубках устанавливаются современные гидроакустические и ультразвуковые станции, приборы гидролокации, обеспечения навигационной безопасности, релейная защита, например, при возрастании отрицательной плавучести ниже заданного параметра включаются насосы аварийной откачки воды из отсеков регуляции плавучести, что обеспечивает непотопляемость танкера, перископы и антенны, габаритные огни, прожекторы дальнего света. Смотровой обзор обеспечивается, например, окнами из бронестекла для визуального контроля работы дистанционно управляемого стыковочного устройства в сплетении четырех трубопроводов забора или откачки нефти. Посадочное днище опускается на размеченное указателями полотно из свинцовой резины с прослойкой под нею отработанных автомобильных или тракторных шин, закрепленных между собой полимерными тросами, с или без опорных плит на местах забора и слива нефти. Возможен слив нефти в надводном положении танкера, когда сливается балансировочная вода из отсеков регуляции, танкер приподнимается над водой на высоту до 14,5 см при положительной плавучести 567,10122 т, что позволяет провести слив нефти или ее продуктов, залив забортной воды, нагнетание воздуха и вентиляцию отсеков регуляции в надводном положении танкера, а также смену бригад перед выходом в очередной рейс. В надводном положении своим стыковочным устройством и насосами можно произвести перелив нефти в танки других судов с частичными заливом забортной воды и наполнением воздушной емкости. На открытой воде при подъеме через установленные на переборке антенны можно воспользоваться мобильной спутниковой связью, а также системами GPS/ГЛОНАСС. Над рубками возвышаются одинаковые фок-мачта и грот-мачта, содержащие молниеприемники, заземленные на корпус танкера и массив соленой воды.

Предусматриваются строгие предписания по подбору материалов, строительству, испытаниям, сертификации, допуску к эксплуатации подводного танкера в соответствии с Морским Регистром судоходства, Международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов, принятой в 1973 г., множества международных соглашений, национальных норм и правил, требований, разработанных технологиями работы, и должностными инструкциями.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации подводного танкера. Подводный бронированный танкер с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений имеет внешний прочный корпус - оболочку грузовой емкости, выполненный с двумя перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов. Подводный бронированный танкер также содержит разделительную горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, два отсека регуляции плавучести, две штурманские рубки, два дистанционно управляемых конусных стыковочных устройства, трубопроводы, насосы, четыре аккумуляторных батареи, четыре реверсивных электродвигателя и посадочное днище. Достигается повышенная безопасность, непотопляемость танкера, сохранение груза в аварийной ситуации без нарушения экологии акватории. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Подводный танкер, содержащий внешний прочный корпус - оболочку грузовой емкости, разделительную мягкую оболочку, отсеки регуляции плавучести танкера, штурманскую рубку, жилые и вспомогательные отсеки, стыковочное устройство, трубопроводы, насосы, энергетическую установку, электродвигатели, средства программного управления, связи, безопасности, отличающийся тем, что танкер бронированный с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений имеет внешний прочный корпус - оболочку грузовой емкости, выполненной из брони с бронированными перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов, горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, два отсека регуляции плавучести, две штурманские рубки, два дистанционно управляемых стыковочных устройства, трубопроводы, насосы, четыре реверсивных электродвигателя и посадочное днище, при этом грузовая емкость выполнена расчетной вместимостью нефти или ее продуктов конкретной относительной плотности и положительной плавучести с заменой в емкости в обратном рейсе на забортную воду той же массы с учетом ее плотности и заполнения остатка пространства грузовой емкости в виде воздушной емкости в двухслойной мягкой оболочке, что создает равные условия в рейсах по содержимому в безвоздушной грузовой емкости по относительной плотности, в том числе средней по воде вместе с воздухом, массам и размерам положительной плавучести, балансируемых равной отрицательной плавучестью как для нефти или ее продуктов, так и для воздушной емкости в мягкой оболочке, частью тяжести танкера и в основном его расчетным балластом в посадочном днище, а управляемая балансировка положительной и отрицательной плавучести танкера выполняется его двумя отсеками регуляции плавучести с одновременным дозаливом к постоянной массе воды или сливом, в т.ч. при переменах относительной плотности нефти или ее продуктов, забортной воды другого водоема, при этом прочная оболочка выполнена с плоскими верхом и низом и с полуцилиндрическими боковыми стенами, а разделительная мягкая эластичная или не растягивающаяся двухслойная оболочка закреплена по серединной линии полуцилиндрических боковых стен и по горизонтальной середине поперечных переборок с возможностью выстилать нижнюю половину емкости при залитой нефти или ее продуктов или верхнюю половину в обратном рейсе при залитой забортной воде, причем верхний слой выстилает верхнюю половину емкости, а нижний находится над залитой водой, при этом упомянутые отсеки регуляции, состоящие из угловых емкостей носа и кормы, имеют балансировочную массу заливаемой воды, учитываемой в отрицательной плавучести танкера, равную суммарно массе вместимости одного отсека, причем в центральной части отсеков выполнены штурманские рубки с трубами для входа-выхода на поверхность и их люками, с шлюзовыми камерами для малых ремонтных работ, инспекций стыковочного устройства и технологического модуля, перехода из рубки в рубку и на аварийный случай, с одноместными декомпрессионными камерами, причем технологически все трубопроводы проходят через рубку, где установлены насосы, датчики, счетчики, расходомеры с данными для компьютерной программной аналитической обработки, которые используются для оценки ситуации, принятия и выполнения производственного решения, к тому же имеются по два смотровых окна из бронестекла в каждой рубке для визуального контроля работы дистанционно управляемого конусного стыковочного устройства, причем корпус грузовой емкости, ее бронированные перегородки, отсеки регуляции, штурманские рубки с трубами и смотровыми окнами, стыковочные устройства, электродвигатели с передаточными механизмами в "плавниках" учитываются по объемам, массам, водоизмещению в определении положительной плавучести танкера без посадочного днища, а затем расчета его балласта в виде прямоугольного параллелепипеда как в варианте из армированного бетона или в упаковке четырех стен и дна из брони и железобетона с итоговыми данными плавучести, объемов и масс брони, железобетона, водоизмещения посадочного днища и всего танкера с проверкой по равенству имеющейся массы танкера с массой его водоизмещения, а конструктивные элементы строения раскрываются в совокупности их формы, взаимного расположения, взаимосвязей и взаимодействий по их относительной плотности материалов, их объемам и массам, в том числе водоизмещения, размерам положительной или отрицательной плавучести с основным элементом - конкретной водной средой и использованием формулы определения плавучести физического тела по Закону Архимеда:
П тела = М тела: p тела · p жидкости - М тела,
где П - плавучесть, г/см³ или т/м³;
М - масса, г или т;
p - относительная плотность, г/см³ или т/м³.

2. Подводный танкер по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка грузовой емкости выполнена из брони относительной плотности 7,87 т/м³, длиной 100 м, толщиной брони 1,5 см, вместимостью 30000 т, например, при плотности средней нефти р=0,85 т/м³, при этом V рабочей грузовой емкости на мягкой оболочке составляет 35294,117 м³, а положительная плавучесть нефти в морской воде с р=1,016 т/м³ имеет +5858,822 т, которая нейтрализуется частью тяжести танкера и балластом посадочного днища, причем в обратном рейсе выполняется залив емкости забортной водой объемом 29527,559 м³, составляющим массу в 30000 т, а остальной объем пространства грузовой емкости 5766,558 м³, имеющий положительную плавучесть +5858,822 т, используется в виде накаченного под атмосферным давлением воздуха, находящегося в герметичной воздушной емкости, образованной двухслойной мягкой оболочкой массой 32,290994 т, при этом S поперечного сечения внутри прочной оболочки = 353,21026 м², R - внутренний радиус полуцилиндрических боков = 4,7202277 м, h - высота внутри емкости = 2R = 9,4404555 м, S поперечного сечения внешней прочной оболочки = 354,55581 м², к тому же емкость имеет перегородки из брони толщиной 2,5 см, М брони двух перегородок = 139,51771 т и в целом М всей грузовой емкости = 31236,895 т при М вытесняемой морской воды = 36041,673 т, также емкостями танкера являются отсеки регуляции плавучести с М брони внешних стен двух угловых отсеков = 172,26231 т, М водоизмещения двух отсеков = 1284,07 т, причем по центру отсеков регуляции сделана выемка для штурманской рубки высотой 2,5 м, шириной 8 м вдоль переборки с емкостью, при этом рубка выполнена с повышенной прочностью - толщиной брони 2,5 см пола, потолка, боковых стен, занимает у отсека регуляции объемом рубок в виде прямоугольного параллелепипеда и переднего пространства угловых стенок вместе с выходными трубами 125,61946 м³ при М брони двух рубок = 25,140326 т и в целом М двух отсеков = 207,56474 т, при этом М объема морской воды для работы отсеков регуляции с плавучестью = 1134,2024 т, V водоизмещения двух стыковочных устройств=0,014754 м³, их масса = 0,09 т, V водоизмещения четырех электродвигателей, выносных балок и кронштейнов = 0,1901639 м, их М=1,16 т, М балансировочной заливаемой воды в отсеки регуляции, учитываемой в отрицательной плавучести танкера = 567,10122 т, М всего танкера без посадочного днища = 32011,56 т, V водоизмещения подводного танкера без посадочного днища = 36738,14 м³, М водоизмещения танкера без посадочного днища = 37325,95 т и, как разность от массы водоизмещения танкером его массы как таковой, также без посадочного днища определен размер положительной плавучести танкера +5314,39 т, которая сбалансирована отрицательной плавучестью для выведения танкера на нулевую плавучесть балластным посадочным днищем, выполненного, например, из армированного бетона относительной плотностью
4,5 т/м³, например, в виде прямоугольного параллелепипеда, при этом h м посадочного днища = 0,5082026 м, его М=6864,1654 т, М всего танкера с посадочным днищем = 38875,7254 т, V водоизмещения танкера с посадочным днищем = 38263,51 м³, М водоизмещения танкера с посадочным днищем = 38875,726 т.

3. Подводный танкер по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения прочности посадочное днище делается в упаковке четырех стен и дна из бронированной стали толщиной 2,5 см и армированного бетона с h м высотой стенок посадочного днища = 0,4580611 м, -П брони днища=-534,71408 т, -П ж/б=-4779,6748 т, V брони днища = 78,014893 м³, V ж/б=1371,8928 м³, М брони днища = 613,9772 т, М ж/б = 6173,5176 т, М посадочного днища = 6787,4948 т, высота корпуса танкера = 9,9535166 м, М всего танкера = 38799,054 т, V водоизмещения танкера = 38188,047 м³, М водоизмещения танкера = 38799,055 т.