ПОДВОДНЫЙ ТАНКЕР Российский патент 2012 года по МПК B63G8/00 B63B25/12 B63B35/00 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации подводного танкера.

Активным перевозчиком донных жидких ископаемых, а также их продуктов, других жидких химических веществ становится подводный танкер. Использование подводной лодки под танкер имеет недостатки: большой объем пространства, вместо грузовой емкости, используется для собственных нужд - многочисленные герметичные отсеки, легкие и прочные корпуса, мощная энергетическая система, многочисленный состав подводников, множество вспомогательных служебных, бытовых помещений и устройств. Плотности водной среды и жидкого груза - легкой и средней 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 (патент RU №2027632, С1, 27.01.95, B63B 35/00) и в усовершенствованном аналоге (патент RU №2048371, С1, 20.11.95, B63B 35/00). Танкеры с проницаемыми корпусами нуждаются в буксировщиках, имеют трудности регулировать глубину погружения груза при перевозке, 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, а заливаемая вода в отдельную оболочку вытесняет в проницаемом корпусе тот же объем воды и имеет нулевую плавучесть.

Выделяются аналоги подводного танкера, в том числе с атомными двигателями для плавания в ледовых условиях с наружными и внутренними прочными корпусами, включающими общий междубортный набор соединений. Например, грузовые отсеки выполнены в виде многогранников - призм или пирамид, которые в целом придают корпусу лёдоразрушающую 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, создается повышенная положительная плавучесть для напора танкера снизу вверх и затем работа сверху вниз в надводном положении, что можно при пустом грузовом отсеке на обратном рейсе за нефтью, заливом и сливом забортной воды, 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. То же при ломке льда вертикальным стабилизатором, которым надо избегать повышенной толщины льда (патент RU №2380274, C1, 27.01.2010, B63B 35/00), тем более с рубкой из стеклопласта. Привлекательно техническое решение в аналоге - патент RU №2093411, С1, 20.10.97, B63G 8/00, - подводная лодка Кашеварова "ПЛК", в котором 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. За прототип взят патент RU №2387571, С1, 27.04.2010, B63G 8/00, по которому подводный танкер - однокорпусный, среднего тоннажа, малой глубины погружения, но с учетом относительной плотности и плавучести составных частей.

Целевая установка - разработать устройство самоходного подводного танкера с двумя прочными корпусами, повышенного тоннажа, основное пространство которого на примере занято нефтью или ее продуктами, с обеспечением повышенной взрывной и пожарной безопасности, без открытого воздуха для нефти, иметь непотопляемость танкера работой отсеков регуляции плавучести и/или работой электродвигателей, сохранять груз в аварийной ситуации без нарушения экологии акватории (исключается разлив нефти), плавать на глубине, безопасной от судов на поверхности воды, от штормовой погоды, быть в контактах с подводными лодками и выдерживать повышенное давление воды.

Технический результат изобретения заключается в выполнении двух прочных корпусов грузовой цистерны - емкости расчетной вместимостью нефти или ее продуктов конкретной относительной плотности и положительной плавучести с заменой в отдельном пространстве емкости в обратном рейсе на забортную воду той же массы (с учетом ее плотности и объема) и воздуха, заполняемого между двумя слоями мягкой горизонтальной оболочки (воздушной емкости) объемом - остатка грузовой цистерны. Такое решение создает равные условия по содержимому в грузовой емкости в рейсах (туда - обратно) по средней относительной плотности, массам и создаваемым размерам положительной плавучести, которую необходимо балансировать равной отрицательной плавучестью тяжести составных частей танкера, его балластом в межкорпусном пространстве и расчетном посадочном днище. Управляемая балансировка положительной и отрицательной плавучести танкера выполняется его двумя отсеками регуляции плавучести с одновременным заливом к постоянной массе воды при нулевой плавучести или сливом, в т.ч. при переменах относительной плотности нефти или ее продуктов и/или 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 и перевозимого груза, 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 решению и его реализации.

При достижении цели и технического результата для перевозки жидкого груза предлагается подводный танкер с двумя корпусами из титана и, или бронированной стали. Так как относительная плотность последних и их сплавов разная, то пример постройки приведен по использованию бронированной стали относительной плотности 7,87 т/м³. Причем внешний корпус выполнен с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, толщиной стен 2 см, а внутренний является корпусом грузовой цистерны, например, длиной 220 м, толщиной стен 1,5 см с двумя общими для корпусов бронированными торцевыми перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов (последние далее будут входить в понятие «нефть»), например 66000 т. Внутренний корпус имеет герметичное горизонтальное перекрытие в виде эластичной слегка ослабленной двухслойной мягкой оболочки, причем над оболочкой пространство используется для нефти, под оболочкой - для воды, внутри между слоями оболочки - для воздуха. Межкорпусное пространство заполнено балластом из армированного бетона для увеличения прочности грузового отсека танкера при повышенном давлении воды. Внутри внешнего прочного корпуса в передней части судна и на корме выполнены два отсека регуляции плавучести танкера, две штурманские рубки, трубопроводы, насосы, снаружи судна - четыре дистанционно управляемых стыковочных устройства, 14 реверсивных электродвигателей и посадочное днище. Приводятся примеры расчетов положительной и отрицательной плавучестей, объемов и масс составных частей танкера и их водоизмещений по упрощенному обтекаемому профилю - плоских верха и низа корпусов танкера с полуцилиндрическими по продольной оси боковыми стенами, с использованием части внутрикорпусного пространства - обтекаемых боковых и угловых емкостей по поперечной оси носа и кормы судна для отсеков регуляции плавучести танкера, рубок, шлюзовых камер, труб, а также по стыковочным устройствам, реверсивным электродвигателям и по балласту посадочного днища.

Пример приведен на использовании показателя плотности средней нефти р=0,85 т/м³. При вместимости 66000 т нефти необходимо иметь V рабочей грузовой емкости = 77 647,058 м³. Плавучесть нефти при этом в морской воде, например, с р=1,016 т/м³ рассчитана по модификации универсальной формулы определения плавучести физического тела по Закону Архимеда (зарегистрирована ФГУП «ВНТИЦ» 22 января 2007 г. №73200700004 и в журнале «Мир Измерений», 2010, №5, стр.10-14):

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

П - плавучесть, в т;

М - масса, в т;

р - относительная плотность, в т/м³.

П нефти = 66000 т: 0,85 т/м³×1,016 т/м³ - 66000 т=+12889,411 т в морской воде. Такая положительная плавучесть нейтрализуется частью тяжести танкера, балластом между корпусами и посадочного днища. При заливе емкости 77647,058 м³ забортной морской воды помещается 78889,41 т, т.е. при замене в грузовой емкости нефти на балластную воду баланс теперь в сторону отрицательной плавучести нарушается на -12 889,41 т, притом, что такой размер балласта уже востребован при балансировке нефти. Поэтому техническое решение заключается в обеспечении для обратного рейса залива емкости забортной водой объемом 64960,629 м³, составляющим массу в 66000 т. Остальной объем пространства грузовой емкости 12686,429 м³, имеющий положительную плавучесть +12889,411 т, используется в виде накаченного воздуха, находящегося в герметичной воздушной емкости, образованной двумя слоями мягкой оболочки. Причем верхний слой выстилает верхнюю половину емкости, а нижний находится на залитой воде.

Далее определяем размер объема грузовой емкости во внутреннем корпусе - цистерне при ее длине 220 м, Vгр.емкости = 77647,058 м³ - объем перевозимой нефти, к которой надо добавить объем двухслойной мягкой оболочки эластического материала с р=1,2 т/м³, толщиной одного слоя = 0,5 см. При этом прочный корпус грузовой цистерны выполнен 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+30 м×2×Rм=352,94117 м², что R=4,7172259 м - это внутренний радиус полуцилиндрических боков, а удвоенный радиус 9,4344518 м - внутренняя высота внутреннего прочного корпуса. Мягкая оболочка закреплена по середине высоты полуцилиндрических боковых стен и по горизонтальной середине торцевых поперечных переборок с возможностью, например, допуска материала и его эластичности выстилать нижнюю половину емкости при залитой нефти или ее продуктов, или верхнюю половину в обратном рейсе при залитой забортной воде и заполненном воздухом пространстве двух слоев оболочки перекрытия. Ширина эластичного полотна из современных материалов мягкой оболочки = 39,434452 м. На каждый край необходим допуск для крепления по 3 см. S мягкой оболочки = 8691,1491 м², V=86,911491 м³, М мягкой оболочки = 104,29378 т (учитывается в М внутреннего корпуса). Далее вносятся коррективы в объем и массу грузовой емкости, т.е. грузовая вместимость остается прежней, но добавляется объем мягкой оболочки и ее масса, что увеличивает габариты прочного корпуса. V емкости = 77733,969 м³, S поперечного сечения емкости внутри внутреннего прочного корпуса = 353,33622 м², внутренний R полуцилиндрических боков = 4,7216324 м, т.е. R увеличился на 0,0044065 м и ширина полотна мягкой оболочки увеличилась на 0,008813 м, S дополнительного полотна = 1,9393887 м², V=0,0193938 м³, М=0,0232725 т. Такое дополнительное полотно берется из допусков уже учтенного полотна. Во внутреннем корпусе h - высота внутри = 2R=9,4432648 м, внешний R=4,7366324 м, h плоских внешних поверхностей внутреннего корпуса = 9,4732648 м, S поперечного сечения внутреннего корпуса - грузовой емкости = 354,68189 м², S поперечного сечения брони прочной оболочки внутреннего корпуса = 1,34567 м², V брони оболочки = 296,0474 м³, М внутреннего корпуса = 2329,893 т, которая вместе с массой мягкой оболочки = 2434,1867 т.

Внешний корпус грузовой емкости отстоит от внутреннего корпуса на расстоянии 6 см. Его толщина = 2 см. Внутренний R полуцилиндрических боков = 4,7966324 м, R внешний = 4,8166324 м. h внутри корпуса = 9,5932648 м, h внешнего корпуса=9,6332648 м, S сечения внутри внешнего корпуса = 360,07887 м², S сечения внешнего корпуса грузового отсека = 361,88289 м², S сечения брони внешнего корпуса = 1,80402 м², V брони внешнего корпуса = 396,8844 м², М внешнего корпуса = 3123,4802 т, S межкорпусного пространства = 5,39698 м², V между корпусами = 1187,3356 м³, при р армированного бетона = 4,5 т/м³ М межкорпусного балласта = 5343,0102 т, V водоизмещения внешним корпусом = 79614,235 м³, М водоизмещения = 80888,062 т, М внешнего корпуса вместе с балластом = 8466,4904 т.

Толщина брони перегородок торцов корпусов = 2,5 см, V брони перегородки прочных корпусов = 9,0470722 м³, V двух перегородок = 18,094144 м³, М водоизмещения двух перегородок = 18,38365 т, М брони двух перегородок = 142,40091 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. Отсеки расположены внутри внешнего прочного корпуса перед торцевой переборкой грузового отсека на носу судна и после - на корме в виде угловых и боковых емкостей. Технология их работы: одновременно дозаливом к постоянной массе воды при нулевой плавучести и стравливанием воздуха при погружении танкера или сливом воды и подачей воздуха при подъеме судна. Каждый отсек с толщиной брони 2,5 см условно делится на 2 части 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 9,6332648 м и внешней шириной угловых стен по 5,9539858 м, S внешнего поперечного сечения объема отсека, образованного угловыми стенами = 16,858213 м², S 2-х угловых стен отсека (357,23914 м²) с вычетом площадей, занятых двумя иллюминаторами (1,272348 м²), выходной трубой (0,7515418 м²) и 2 трубами стыковочных устройств (0,1145112 м²)=355,10075 м², S четырех угловых стен = 710,2015 м², V брони угловых стен отсека = 8,8775187 м³, V брони угловых стен двух отсеков = 17,755037 м³, М брони угловых стен двух отсеков = 139,73214 т, V водоизмещения отсека регуляции вместе с штурманской рубкой (внутри) = 505,74639 м³, V водоизмещения двух угловых отсеков = 1011,4927 м³, М водоизмещения двух угловых отсеков = 1027,6765 т. Верх верхней угловой стены имеет люк доступа в отсек регуляции плавучести.

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 (на корме) 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 2,7493336 м, начиная от угла со сходом на нет отреза от основания полуцилиндра. Такой отрез необходим для стыковки и сварки с угловыми стенами первой части отсека. S усеченного полуцилиндра = 26,480881 м², V усеченного полуцилиндра = 42,51622 м³, остальная часть боковой стены - S двух стенок = 28,67816 м² выглядит как неправильная пирамида с основанием поперечного сечения угловых стен с V пирамиды = 27,066604 м³. Суммарно V водоизмещения боковой стены = 69,582824 м³, V водоизмещения боковых стен = 278,33129 м³, М водоизмещения боковых отсеков = 282,78459 т, S боковой стены отсека = 55,159041 м², V брони боковой стены отсека = 1,378976 м³, V брони боковых стен = 5,515904 м³, М брони боковой стены отсека=10,852541 т, М брони четырех боковых стен угловых отсеков = 43,410164 т. V брони внешних стен двух отсеков = 23,270941 м³, М брони внешних стен двух отсеков = 183,1423 т, V водоизмещения одного отсека = 645,36091 м³, V водоизмещения двух отсеков плавучести танкера = 1289,8239 м³, М водоизмещения двух отсеков = 1310,461 т, V внутри двух отсеков регуляции для работы с плавучестью (без V брони внешних стен отсеков, штурманских рубок и труб: 23,270941 м³, 123,38717 м³, 2,651224 м³)=1140,5147 м³, по 570,25735 м³ в каждом. М рабочей воды в двух отсеках регуляции = 579,38146 т, на один отсек = 289,69073 т, необходимых для выхода на нулевую плавучесть и учитываемых в отрицательной плавучести танкера.

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 выходной на поверхность трубы также со скобами внутри трубы высотой = 4,5666324 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 = 0,2600308 м³, М брони двух труб = 4,0928847 т, внешним V двух труб = 4,0349622 м³, из которых 0,4417875 м³ находятся внутри рубок, часть трубы высотой 1,0321355 м выходит со скосом на крышу, где объем двух труб составляет 0,897772 м³, а внутри отсеков регуляции V труб = 2,651224 м³ и 0,0441787 м³ в потолках рубок и верхних угловых стенах, М водоизмещения = 0,9121363 т. Трубы пронизали две плоскости угловых стен, S среза в виде эллипса = 0,7515418 м², S двух срезов = 1,5030836 м², по которым произведены вычеты площадей, объемов и масс устраненной брони. Каждая труба имеет 2 люка, вверху и внизу, толщиной брони 2 см и 1,5 см. При этом V брони четырех люков = 0,030925 м², М брони четырех люков = 0,2433797 т.

На носу и корме судна выполнены 4 дистанционно управляемые конусные устройства герметичной стыковки с подводными технологическими модулями бурового и эксплуатационного оборудования. Устройства стандартного типа, например, с конусом, гибкой трубой и подвижной механической рукой, управляемой из рубки. Крепление и М «рук» = 320 кг, выполнено над входом в рубку гибкой трубы в верху нижней угловой стены. В рейсе «руки» с угловыми закрылками впереди (для обтекаемости) прижатыми и закрепленными лежат на верхней угловой стене вверх. В рубку трубы устройств стыковки вводятся на уровне пола через нижнюю угловую стену так, что проходят в герметичных коробах для безопасности и звукоизоляции справа и слева от пульта управления танкером по боковым углам рубки через электронасосы и затем поднимаются по переборке рубки на уровне в 135 см, т.е., например, 10 см высоты от горизонтальной мягкой оболочки при вхождении вовнутрь грузовой емкости. Под отверстием входа нефти имеется удлиненный закругленный желоб с отверстиями для смягчения стока нефти на полотно мягкой оболочки. Перекрытие потоков нефти выполняется в конусном устройстве, в системе с электронасосом и запорными вентилями на переборке. V водоизмещения четырех устройств (с трубами внутренним R=12 см, толщиной = 1,5 см, внешней длиной = 7 м и «руками»)=1,6438175 м³, p - материала труб = 2,25 т/м³, S внешнего сечения трубы = 0,0572556 м², S сечения стенки трубы = 0,0120166 м², М материала внешних труб = 0,7570458 т, V внутри труб = 1,266692 м³, М нефти во внешних трубах = 1,0766882 т, М водоизмещения устройств = 1,6701185 т, М (труб, нефти (внутри) и «рук»)=2,153734 т. При этом положительная П нефти в трубах = +0,2102708 т, что помогает работе «рук». Возможен дозалив нефти с других судов.

Технологически на всех трубопроводах установлены насосы, датчики, где можно счетчики или расходомеры, при необходимости задвижки, клапаны перекрытия. Забор воды выполнен через две трубы с входными отверстиями в нижней части отсека регуляции в боковой полуцилиндрической стене с одной стороны носа танкера и две трубы с другой. Далее трубы подходят к электронасосам с датчиками на нижней угловой стене отсека регуляции и через переборку входят в грузовую емкость. Также с забором воды в отсек регуляции двумя трубами с каждой стороны отсека и по двум трубам с каждой - слива воды из отсека регуляции. Третья сливная труба с каждого бока выполнена на случай аварии (насосы подключены к резервному аккумулятору). Имеют место баллоны сжатого воздуха, две трубы которых с вентилями регуляции из рубки поднимаются по переборке в отсек регуляции плавучести. Предусмотрена подача с вентиляцией атмосферного воздуха в отсеки регуляции двумя телескопическими с внешними оболочками воздуховодами с насадками незаливаемости при нахождении танкера рядом с поверхностью воды. Сверху по переборке до ее середины в носовой 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 через две трубы стыковочных устройств в верхней половине над серединой грузовой цистерны танкера. Откачка воды через такие же трубопроводы выполняется от низа емкости электронасосами с датчиками на нижней угловой стене кормового отсека регуляции плавучести и трубами через боковые полуцилиндрические стены с герметичным выходом из них. Выпуск воздуха осуществляется трубами с насосами и клапанами выпуска либо в массив воды, либо в рубку, где может предварительно осуществляться его очистка, перекачка в отсек регуляции или стравливание в массив воды.

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 внутри емкости осуществляется через газовые предохранительные односторонние клапаны в верхней плоскости емкости выдавливанием водой и воздушной емкостью, а внизу - выдавливанием раздутой воздушной емкостью и отсосом вместе с частью воды через отверстия слива воды. Позднее воздух в емкости с водой устраняется заливом на мягкую оболочку нефти и ее выдавливанием воды и остатка воздуха при откачке воды.

В рубках на нижней стене, упираясь в верхнюю угловую стену и в пол, смонтированы по шлюзовой камере для выполнения малых ремонтных работ, инспекций стыковочного устройства, технологического модуля, бурового оборудования, перехода из рубки в рубку и на аварийный случай, например, толщиной стенки 1,5 см, шириной 0,9 м, глубиной 0,9 м и длиной до 2,0 м, например, V емкости = 1,62 м³, М трех стенок двух камер=1,27494 т. Люк в камеру находится на 10 см выше середины передней стенки шлюза. Предусматривается вверху поступление воздуха в камеру и его выход, залив камеры водой и ее слив за борт, в т.ч. слив аварийной воды из рубки насосом камеры, через перекрываемое отверстие в низу ее стенки. Выходной люк выполнен в верхней угловой стене рядом с углом. При заходе в шлюзовую камеру из рубки и закрытии люка оператор в гидротермокостюме впускает забортную воду в камеру, что помогает ему выдержать давление внешнего массива воды, когда он открывает люк внешней стены, выходить в открытый водоем и закрывать люк. В штурманской рубке установлена одноместная декомпрессионная камера для использования в недопустимых случаях нарушений режима декомпрессии из-за пребывания при большом давлении в массиве холодной воды.

Внутри по сечению от переборки к носу или корме штурманская рубка высотой 2,5 м условно состоит из прямоугольника с длиной потолка и пола от переборки 2,5655093 м и равнобедренного треугольника с S=1,1239196 м², его высотой - остатком 0,8991357 м длины от переборки до внутреннего угла стен (3,464645 м). Угловой Vрубки=8,9913568 м³, S поперечного сечения рубки = 7,5376928 м². Рубка выполнена с повышенной прочностью - толщиной брони 2,5 см пола, потолка, боковых стен, занимает у отсека регуляции объемом рубки в виде прямоугольного параллелепипеда V=51,310185 м³ и переднего пространства угловых стенок, Vвнутри рубки = 60,301542 м³, объемом двух рубок 120,60308 м³, S брони рубки = 55,681746 м² (без круглой площадки, использованной трубой у потолка = 0,4417875 м²), V брони внутренних боковых стен, пола и потолка штурманской рубки = 1,3920436 м³ при М=10,955383 т, М брони двух штурманских рубок = 21,910766 т. Vвнешнего объема рубки = 61,693585 м³, двух рубок = 123,38717 м³. На угловых стенах в каждой рубке рядом с пультом управления выполняются два смотровых окна - иллюминатора, 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. Штурманские рубки имеют жилищные и вспомогательные отсеки и отдельное оборудование: М трубопроводов и насосного оборудования = 2,28 т, М пяти аккумуляторных батарей = 1,95 т, М внутренних перегородок и оборудования, например, двух барокамер = 3,2 т, М содержимого хозяйственных и складских помещений с различными приборами, устройствами, запасами, включая продукты питания и пресную воду, средствами безопасности = 1,5 т, М содержимого жилищно-бытовых секций, двух биотуалетов = 0,8 т. М четырех операторов = 0,4 т. V водоизмещения четырнадцати электродвигателей, выносных балок и кронштейнов = 1,2 м³, М их водоизмещения = 1,2192 т и их М=4,06 т, М всего танкера без посадочного днища = 66000 т+2434,1867 т+3123,4802 т+5343,0102 т+142,40091 т+183,1423 т+4,0928847 т+0,2433797 т+2,153734 т+1,27494 т+21,910766 т+0,1727844 т+4,06 т+579,38146 т+10,13 т=77849,64 т. V водоизмещения подводного танкера без посадочного днища = 79614,235 м³+18,094144 м³+1289,8239 м³+1,6438175 м³+0,897772 м³+1,2 м³=80925,892 м³, М водоизмещения танкера без посадочного днища = 82220,706 т. Длина судна 227,05 м. Ширина танкера 39,6332648 м.

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 × р морской воды - М танкера без посадочного днища. П танкера = 80925,892 м³×1,016 т/м³-77849,64=+4371,066 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×(р морской воды - р 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.

-4371,066 т=6601,5 м²×h м×(1,016 т/м³-4,5 т/м³), -4371,066 т=-22999,626 т/м×h м, h м=0,1900494 м. V посадочного днища=1254,6111 м³, М водоизмещения посадочного днища = 1274,6848 т. М посадочного днища = 5645,7499 т. М всего танкера с посадочным днищем = 83495,389 т, V водоизмещения танкера с посадочным днищем = 82180,503 м³, М водоизмещения танкера с посадочным днищем = 83495,391 т. Равенство массы подводного танкера и массы водоизмещения танкером обеспечивается компенсацией положительной плавучести танкера +4371,066 т отрицательной плавучестью посадочного днища танкера - 4371,066 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 = 165,0375 м³, М брони дна = 1298,8451 т, -П брони дна = -1131,167 т. Такой размер отрицательной плавучести вычитаем из -4371,066 т и разницу используем далее. -3239,899 т=12,5 м²×h м×(1,016 т/м³-7,87 т/м³)+6589 м²×h м×(1,016 т/м³-4,5 т/м³), 3239,8989 т=-23041,751 т/м×h м, h м (без дна)=0,1406099 м. -П брони стенок днища = -12,046752 т, - П брони днища = -1143,2137 т, -П ж/б=-3227,8515 т, V брони днища = 166,79512 м³, Vж/б=926,47863 м³, М брони днища = 1312,6775 т, М ж/б=4169,1538 т, М днища = 5481,8313 т. Высота корпуса танкера = 9,7988747 м, V водоизмещения посадочного днища = 1093,2678 м³, М водоизмещения посадочного днища = 1110,76 т, М всего танкера = 83331,471 т, V водоизмещения танкера = 82019,159 м³, М водоизмещения танкера = 83331,465 т. Полученные приемы расчетов используются для разных геометрических конфигураций 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.

Зарядка рабочих пяти аккумуляторных батарей производится от береговых электроустановок во время слива нефти или ее продуктов и залива забортной воды с надувом мягкой оболочки. В эксплуатации находятся два аккумулятора с переключением на два других. Пятый аккумулятор запасной на подключение в экстренных случаях, в том числе своей системы, например откачки воды из отсеков регуляции плавучести танкера для всплытия танкера на поверхность воды. При вспомогательных и ремонтных работах на танкере допустимо кабельное обеспечение электроэнергией с берега или с другого судна.

Для вертикальных и горизонтальных перемещений предусмотрена работа двух отсеков регуляции плавучести и внешних по 7 боковых реверсивных электродвигателей, поворачивающихся в вертикальной плоскости на 360°. Монтаж 2 электродвигателей стационарно выполнен на боковых стенках отсека регуляции носа судна, 2 - его кормы и по 5 на равном расстоянии между ними на боковых полуцилиндрических стенах танкера. Электродвигатели устанавливаются 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 полуцилиндрической стены. Второй подшипник герметично выполнен в сплетении четырех крепежных стоек, под углом опирающихся еще на две укороченные 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. Автоматическая и одновременная работа электродвигателей с использованием их реверсивности, углов вертикальных поворотов, ускорения и замедления вращения винтов результирующим команды джойстиком, например, в виде шара позволяет двигаться танкеру в любом трехмерном направлении при отсутствии волнообразования, гидродинамической кавитации в работе гребных винтов и вне зависимости от погодных условий.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен подводный танкер, содержащий внешний прочный корпус 1, внутренний прочный корпус - грузовой емкости 2 с двухслойной мягкой оболочкой 3, с утолщенными переборками 4 и отсеки регуляции 5, внутри которых расположены штурманские рубки 6 со смотровыми иллюминаторами 7. В носовой части выполнены 2 стыковочных узла забора нефти 8 с трубопроводами и механическими «руками» 9, а на корме имеются 2 стыковочных узла слива нефти 10 с их трубопроводами и «руками» 11. Имеют место воздушные трубы забора воздуха с насадками незаливаемости водой 12, мачты с антеннами и молниеприемниками. Расчетный балласт составляет посадочное днище 13. Вертикальные перемещения и горизонтальные передвижения вместе с отсеками регуляции обеспечивают реверсивные электродвигатели 14.

Перевозки нефти или ее продуктов, их залив и слив, использование забортной воды и воздуха в целях безопасности от пожара и взрыва производятся в отдельных пространствах грузовой емкости для нефти, для воды, для воздуха. Для слива нефти танкер ставится так, чтобы носовая часть была ниже кормовой, залив воды в нижнюю часть внутреннего корпуса и нагнетание воздуха наполнением емкости мягкой оболочки производятся с носа судна, способствуя одновременному процессу слива нефти на корме. Носовая часть танка при заливе нефти выше кормы, в которой производится слив воды и стравливание воздуха (далеко в стороне от забора нефти, способствуя понижением давления в нижней части корпуса).

Используются внешние и/или танкерные насосы откачки нефти, ее продуктов и подачи забортной воды с одновременным надувом воздушной емкости с автоматической регуляцией параметров изменения размеров объемов слива, залива, надува воздуха с пульта управления танкера. Даже при простом подводном доступе в грузовую емкость вода, имея большую относительную плотность, начинает выдавливать нефть. 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 и в массиве воды используется автоматическая система удержания танкера на заданной глубине, позиционирования в горизонтальной плоскости регулированием подкачки или слива воды из отсеков регуляции с помощью четырех электронно-акустических приборов, сопоставляющих глубину в отсеках в угловых частях танкера: по передним и задним - отклонения по горизонту носа и кормы, по боковым - отклонения по горизонту бортов танкера. Для прохода на той или иной глубине по курсу используются повороты реверсивными электродвигателями с их односторонним ускорением, 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 либо нефтью с положительной плавучестью, либо частью водой, по массе равной нефти, и воздухом в мягкой емкости, внизу - расчетный твердый балласт посадочного днища. Рубки выполнены с одинаковым набором помещений и оборудования для работы и отдыха двух операторов в каждой. Первая бригада работает на проход и забор нефти, а по возвращении на забор балластной воды и нагнетание воздуха, а также короткий отход от площадки слива при использовании носового дизель-генератора, но это может делать и другая бригада с дублированного пульта управления. Вторая бригада - на слив забортной воды и выпуск воздуха, короткий отход от площадки забора нефти, обратный рейс и слив нефти. Штурманская рубка имеет пульт управления с дублированием информации и управлением всего танкера. Данные счетчиков, датчиков, расходомеров и электронно-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. Внедряется автоматическое управление, 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, ультразвуковые станции, приборы гидролокации для обеспечения навигационной безопасности, релейная защита, например, при возрастании отрицательной плавучести ниже заданного параметра включаются насосы аварийной откачки воды из отсеков регуляции плавучести, что дает гарантию непотопляемости танкера, используются также перископы и антенны гидроакустической связи, габаритные огни, прожекторы дальнего света. Смотровой обзор обеспечивается, например, иллюминаторами из бронестекла для визуального контроля или установкой телевизионной стереопары для автоматической работы дистанционно управляемых стыковочных устройств забора или откачки нефти. Посадочное днище опускается на дно, например, размеченное 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. Когда сливается балансировочная вода из отсеков регуляции, танкер приподнимается над водой на высоту до 6,8 см, что позволяет провести нагнетание воздуха и вентиляцию отсеков регуляции в надводном положении танкера, а также смену бригад. В надводном положении своими стыковочными устройствами и насосами можно сливать нефть в танки других судов с 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 устройства молниезащиты в соответствии со стандартами Международной Энерготехнической Комиссии (IEC).

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

Изобретение относится к строительству и эксплуатации подводного танкера. Подводный танкер выполнен двухкорпусным, имеет внешний бронированный корпус и грузовую емкость с перекрытиями, межкорпусное пространство, между которыми заполнено балластом из армированного бетона для увеличения прочности грузового отсека танкера при повышенном давлении воды. Тоннаж грузовой емкости судна увеличен в 2,2 раза по сравнению с прототипом. Грузовая емкость танкера содержит разделительную герметичную горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, заполняемую воздухом. Пространство над оболочкой заполняется нефтью, а под оболочкой - водой. Подводный танкер имеет два отсека регуляции плавучести, две штурманские рубки, четыре дистанционно управляемых конусных стыковочных устройства, трубопроводы, насосы, пять аккумуляторных батарей, четырнадцать реверсивных электродвигателей. Длина судна 227,05 м, ширина - 39,63 м, высота - 9,8 м. Обеспечивается непотопляемость танкера, повышается безопасность эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Подводный танкер, содержащий бронированный с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений прочный корпус - оболочку грузовой емкости с бронированными перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов, горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, два отсека регуляции плавучести, две штурманские рубки, жилые и вспомогательные отсеки, дистанционно управляемые стыковочные устройства, шлюзовые и декомпрессионные камеры, трубопроводы, насосы, аккумуляторы, реверсивные электродвигатели, средства программного управления, связи, безопасности и посадочное днище, причем 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, с заполнением остатка пространства грузовой емкости в виде воздушной емкости в двухслойной мягкой оболочке, что создает равные условия в рейсах «туда - обратно» по массам, относительной плотности и размерам положительной плавучести, балансируемой равной отрицательной плавучестью массой танкера и расчетным балластом в посадочном днище, а управляемая балансировка положительной и отрицательной плавучестью танкера выполняется его двумя отсеками регуляции плавучести с одновременным дозаливом к постоянной массе воды при нулевой плавучести или сливом, в том числе при переменах относительной плотности нефти или ее продуктов, и/или забортной воды другого водоема, при этом расчеты по объемам, массам, водоизмещению составных частей танкера в определении его положительной плавучести выполнены без посадочного днища, а затем расчеты его балласта в разной конфигурации днища с проверкой по равенству имеющейся массы танкера с массой его водоизмещения, отличающийся тем, что танкер выполнен двухкорпусным и имеет внешний бронированный корпус, межкорпусное пространство заполнено балластом из армированного бетона для увеличения прочности грузового отсека танкера при повышенном давлении воды, тоннаж грузовой емкости судна увеличен в 2,2 раза по сравнению с прототипом.

2. Подводный танкер по п.1, отличающийся тем, что два прочных корпуса грузовой емкости выполнены из брони относительной плотностью р, равной 7,87 т/м³, длиной 220 м, толщиной брони внутреннего корпуса 1,5 см, внешнего корпуса 2 см, вместимостью емкости 66000 т, например, при средней плотности р нефти равной 0,85 т/м³, при этом объем V рабочей грузовой емкости с мягкой оболочкой составляет 77733,969 м³, а положительная плавучесть нефти в морской воде, имеющей плотность р равную 1,016 т/м³, составляет +12889,411 т, которая нейтрализуется тяжестью танкера, балластом межкорпусного пространства и расчетного посадочного днища, причем в обратном рейсе выполняется залив емкости забортной водой объемом V равным 64960,629 м³, составляющим массу в 66000 т, а остальной объем V пространства грузовой емкости равен 12686,429 м³, имеющей положительную плавучесть +12889,411 т, используется в виде накаченного воздуха, находящегося в герметичной воздушной емкости, образованной двумя слоями мягкой оболочки массой М, равной 104,29378 т, при этом площадь S поперечного сечения внутри внутреннего корпуса равна 353,33622 м², внутренний радиус R полуцилиндрических боков равен 4,7216324 м, высота h внутри емкости равна 2R, равным 9,4432648 м, внешний радиус R боковых стенок внутреннего корпуса равен 4,7366324 м, высота h корпуса равна 9,4732648 м, площадь S поперечного сечения внутреннего корпуса равна 354,68189 м², площадь S поперечного сечения брони прочной оболочки внутреннего корпуса равна 1,34567 м², объем V брони оболочки равен 296,0474 м³, масса М внутреннего корпуса и мягкой оболочки равна 2434,1867 т, толщина брони внешнего прочного корпуса равна 2 см, расстояние между корпусами равно 6 см, внутренний радиус R полуцилиндрических боков внешнего корпуса равен 4,7966324 м, внешний радиус R равен 4,8166324 м, высота h внутри корпуса равна 9,5932648 м, высота h внешнего корпуса равна 9,6332648 м, площадь поперечного сечения S внутри внешнего корпуса равна 360,07887 м², площадь поперечного сечения S внешнего корпуса грузового отсека равна 361,88289 м², площадь поперечного сечения S брони внешнего корпуса равна 1,80402 м², объем V брони внешнего корпуса равен 396,8844 м³, масса М внешнего корпуса равна 3123,4802 т, площадь поперечного сечения S межкорпусного пространства равна 5,39698 м², объем V между корпусами равен 1187,3356 м³, при плотности р армированного бетона, равной 4,5 т/м³, масса М межкорпусного балласта равна 5343,0102 т, объем V водоизмещения внешнего корпуса равен 79614,235 м³, масса М водоизмещения внешнего корпуса равна 80888,062 т, масса М внешнего корпуса вместе с балластом равна 8466,4904 т, к тому же емкость имеет перегородки из брони толщиной 2,5 см, объем V двух перегородок равен 18,094144 м³, масса М их водоизмещения равна 18,38365 т, масса М брони двух перегородок равна 142,40091 т, также емкостями танкера являются отсеки регуляции плавучести с массой М брони внешних стен двух отсеков, равной 183,1423 т, объем V водоизмещения двух отсеков плавучести танкера равен 1289,8239 м³, масса М водоизмещения двух отсеков равна 1310,461 т, объем V морской воды для работы отсеков регуляции с плавучестью равен 1140,5147 м³, 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, с толщиной брони пола, потолка, боковых стен, равной 2,5 см, объем V двух штурманских рубок равен 123,38717 м³, при массе М брони двух рубок, равной 21,910766 т, при этом объем V водоизмещения четырех стыковочных устройств равен 1,6438175 м³, их масса М равна 2,153734 т, объем V водоизмещения четырнадцати электродвигателей, выносных балок и кронштейнов равен 1,2 м³, их масса М равна 4,06 т, масса М балансировочной заливаемой воды в отсеки регуляции, необходимой для выхода на нулевую плавучесть и учитываемой в отрицательной плавучести танкера равна 579,38146 т, масса М всего танкера без посадочного днища равна 77849,64 т, объем V водоизмещения подводного танкера без посадочного днища равен 80925,892 м³, масса М водоизмещения танкера без посадочного днища равна 82220,706 т и, как разность от массы водоизмещения танкера и его массы как таковой, также без посадочного днища, определен размер положительной плавучести танкера, равный +4371,066 т, положительная плавучесть сбалансирована отрицательной плавучестью для выведения танкера на нулевую плавучесть балластным посадочным днищем, выполненным, например, из армированного бетона относительной плотностью р, равной 4,5 т/м³, например, в виде прямоугольного параллелепипеда, при этом высота h посадочного днища без дна равна 0,1406099 м, масса М расчетного посадочного днища равна 5481,8313 т, высота h танкера равна 9,7988747 м, длина танкера равна 227,05 м, ширина равна 39,6332648 м, масса М всего танкера с посадочным днищем равна 83331,471 т, объем V водоизмещения танкера с посадочным днищем равен 82019,159 м³, масса М водоизмещения танкера с посадочным днищем равна 83331,465 т.