Устройство для защиты плавучего дока от битого льда Российский патент 2023 года по МПК B63C1/02 E02B15/02 

Изобретение относится к судостроению и судоремонту, в частности к устройствам для защиты плавучего дока от битого льда.

Использовалась на плав Доке 28. Использовалась труба диаметром 57 проходящая по всей длине кормы по палубе. Выходные отверстия проходили по всей длине трубы и смотрели в низ палубы. При включении компрессоров воздух проходил по трубе и выходил из отверстий ударяясь об палубу и поднимался в верх. Пузыри воздуха поднимались на поверхность воды чем и отгоняло льдины при погружении. Эффективность была низкая и лед постоянно попадал на палубу, что приводило к затруднению ремонта судов. При чистке льда на палубе (ледовую защиту постоянно ломали тяжелой техникой и льдом). Для технического обслуживания приходилось полностью срезать лед. Защиту для чистки труб от ила и грязи.

Известно устройство для зашиты плавучего дока от битого дрейфующего льда, содержащее источник сжатого газа и соединённый с ним перфорированный трубопровод, смонтированный на подвесках по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем экранирования восходящего водовоздушного потока, подвески трубопровода выполнены в виде сплошной вертикальной стенки, причем перфорированный трубопровод смонтирован с внешней по отношению к доку стороны стенки (SU 647179 A1, В63С 1/02, 15.02.1979).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для защиты плавучего дока от битого льда, содержащее источник сжатого воздуха и соединенный с ним перфорированный трубопровод, закрепленный на подвесках и смонтированный по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности ледозадержания, подвески перфорированного трубопровода снабжены поплавками и смонтированы на торце дока посредством колец с возможностью вертикального перемещения относительно торца дока, причем соединение перфорированного трубопровода с источником сжатого воздуха выполнено посредством гибкого шланга (SU 662419 A1, B63C 1/02, 15.05.1979).

Недостатками указанных выше технических решений являются низкая эффективность при отгоне льдин от палубы и попадание льда на палубу, что приводит к затруднению ремонта судов.

Техничкой проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретения, является создание устройства для защиты плавучего дока от битого льда, не имеющего указанных выше недостатков.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности отгона льда от палубы плавучего дока.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что устройство для защиты плавучего дока от битого льда, содержащее источник сжатого воздуха и соединенный с ним металлической трубой перфорированный трубопровод, закрепленный на кронштейнах и смонтированный по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока, отличающийся тем, что трубопровод состоит из соединенных между собой фланцевыми соединениями перфорированных труб диаметром 140 мм с отверстиями перфорации диаметром 10 мм, расположенными в шахматном порядке, причем первый ряд отверстий выполнен под углом 90° вверх от стапель-палубы, а второй ряд отверстий выполнен со смещением на 50 мм от первого ряда отверстий в сторону от стапель-палубы, при этом на противоположной стороне по отношению к отверстиям диаметром 10 мм каждой трубы выполнены отверстия диаметром 25 мм с возможностью обеспечения слива воды при всплытии плавучего дока, при этом во внутрь каждой трубы диаметром 140 мм установлена закрепленная посредством сварочных швов труба диаметром 57 мм для подачи воздуха, по всей длине которой выполнены отверстия диаметром 10 мм, расположенные на расстоянии 100 мм относительно друг друга и ориентированные под углом 90° вниз относительно стапель-палубы плавучего дока.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 представлена труба в разрезе.

На фиг. 2 представлено устройство для защиты плавучего дока от битого льда.

На фиг. 3 представлено устройство для защиты плавучего дока от битого льда с его креплением.

На фиг. 4 представлен график зависимости производительности от количества отверстий на внешней трубе.

На фиг. 1, 2 представлено устройство для защиты плавучего дока от битого льда, содержащее источник сжатого воздуха и соединенный с ним металлической трубой диаметром 57 мм перфорированный трубопровод, закрепленный на кронштейнах и смонтированный по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока (фиг. 3). Трубопровод состоит из соединенных между собой фланцевыми соединениями 5, что обеспечивает легкое обслуживание устройства для защиты плавучего дока от битого льда (ледовой защиты), труб 1 диаметром 140 мм с отверстиями 3 диаметром 10 мм, расположенными в шахматном порядке, причем первый ряд отверстий выполнен под углом 90° вверх от стапель-палубы, а второй ряд отверстий выполнен со смещением на 50 мм от первого ряда отверстий в сторону от стапель-палубы. На противоположной стороне по отношению к отверстиям 3 диаметром 10 мм каждой трубы выполнены отверстия 4 диаметром 25 мм с возможностью обеспечения слива воды при всплытии плавучего дока. Во внутрь каждой трубы 1 диаметром 140 мм установлена труба 2 с диаметром 57 мм, по всей длине которой изготовлены отверстия (не показаны на чертежах) с диаметром 10 мм, расположенные на расстоянии 100 мм друг относительно друга и смотрящие вниз под углом 90° по отношению к стапель-палубе плавучего дока. При этом упомянутая труба 2 диаметром 57 мм закреплена в трубе 1 диаметром 140 мм посредством сварочных швов.

Пример осуществления изобретения.

Использовали трубу 1 диаметром 140 мм и длинной 2500 мм. Изготовили отверстия 3 в верхней части трубы в шахматном порядке. Первый (верхний) ряд отверстий 3 идет под углом 90°, второй ряд отверстий 3 идет со смещением от первого ряда на 50 мм. Верхний ряд отверстий направлен строго 90° от стапель-палубы вверх диаметром 10 мм. На противоположной стороне по отношению отверстий 10 мм вырезаны отверстия 4 диаметром 25 мм для слива воды при всплытии плав дока. В трубу 1 диаметром 140 мм установлена во внутрь труба 2 с диаметром 57 мм, по всей длине которой изготовлены отверстия через каждые 100 мм отверстия с диаметром 50 мм, смотрящие вниз под 90° по отношению стапель-палубы плав дока. Труба 1 с диаметром 57 мм является основной трубой для подачи воздуха в трубу диаметром 140 мм, которая является защитным кожухом для трубы диаметром 57 мм и ресивером.

Указанный размер отверстий был подобран 10 мм при испытании ледовой защиты, если отверстия изготавливать больше, то давления воздуха не хватает и работоспособность уменьшается.

При погружении дока ПД-28 на рабочую глубину воздух под давлением поднимается на поверхность и отталкивает лед от ворот захода кораблей.

Пример расчета:

Для расчета параметров протока газа, вложенных друг в друга труб с перфорацией необходимо составить систему уравнений на основе формул критического производится через формулы критического потока.

m - искомый массовый расход газа, кг/с;

С - поправочный коэффициент по пропускной способности сопла (для простой перфорации принимаем за 1);

A - площадь сечения сопла, м², рассчитывается из его радиуса по формуле A=π·r², где π - математическая постоянная, равная 3,14, r - радиус сопла, мм;

P - абсолютное давление газа перед соплом, Па = Н/м² = кг/(м·с²);

k = cp/cv, при этом

cp - удельная теплоемкость при постоянном давлении, для воздуха = 29,12 Дж·моль-1·K-1,

cv - удельная теплоемкость при постоянной температуре, для воздуха = 20,8 Дж·моль-1·K-1,

то есть k = 1,4

M - молекулярная масса, кг/кмоль. Для сжатого воздуха = 28 кг/кмоль;

Z - коэффициент сжимаемости при определенных давлении и температуре. Для сжатого воздуха принимаем за 1;

R - константа идеального газа = 8314,5 (Н·м)/(кмоль·K);

T - температура газа перед соплом, K;

Для рассчитываемой системы из двух вложенных друг в друга труб соотношение принимает следующий вид:

A_вн - площадь сечения сопла внутренней трубы, м², A_нар - площадь сечения сопла наружной трубы, м².

Так как в двух системах циркулирует один и тот же газ, результаты подкоренного выражения различаются только параметром температуры вызванного расширением (сжатием) газа. Однако в реальных условиях этот параметр целесообразно не учитывать считая, что в следствие естественного теплообмена через стенки внутренней трубы температуры газов выравниваются. При таком допущении подкоренное выражение целесообразно обозначить как коэффициент H.

Путем преобразования данных выражений получаем систему уравнений:

Ручной пересчет данной системы уравнений для подбора параметров на практике нецелесообразен. Для эффективного решения задачи наиболее удобно использовать программный продукт MathLab.

function[A1]=squareA1(R1,Q1)% Функция вычисления площади отверстий во внутренней трубе

A1=pi*R1^2*Q1; % Q1 - количество отверстий R1 - радиус каждого в метрах

function[A1]=squareA1(R1,Q1)% Функция вычисления площади отверстий во внутренней трубе

A1=pi*R1^2*Q1; % Q1 - количество отверстий R1 - радиус каждого в метрах

function[V,Ppr]=preasure(A1,A2,P,T)

C=1; % - поправочный коэффициент по пропускной способности сопла (для простой перфорации принимаем за 1)

%P - абсолютное давление газа перед соплом, Па = Н/м² = кг/(м⋅с²)

k=1.4; %cp/cv, при этом cp - удельная теплоемкость при постоянном давлении, для воздуха = 29,12 Дж•моль-1⋅K-1

%при этом cv - удельная теплоемкость при постоянной температуре, для воздуха = 20,8 Дж⋅моль-1⋅K-1то есть k = 1,4

M=28; % - молекулярная масса, кг/кмоль. Для сжатого воздуха = 28 кг/кмоль

Z=1; % - коэффициент сжимаемости при определенных давлении и температуре. Для сжатого воздуха принимаем за 1

R=8314.5; % - константа идеального газа = 8314,5 (Н⋅м)/(кмоль⋅K)

% T - температура газа перед соплом, K

H=sqrt(((k*M)/(Z*R*T)*(2/(k+1))^((k+1)/(k-1)))); % - промежуточный коэффициент

Ppr=(A1.*P)/(A1+A2); % - Вычисление промежуточного давления между трубами

V=C.*A1.*P.*H.*(1-(A1./(A2+A1)))ю*3600ю/1.2; % Вычисление объемного расхода. Коэффициент 1.2 переводит массовый расход в объемный

Конкретный пример расчета:

В качестве примера расчета приводится практическая задача по корректировке параметров протока уже смонтированной системы ледовой защиты плавучего дока. Защищаемые участок 40 м

Параметры системы следующие:

Внутренняя труба

∅57 мм;

Перфорация - ∅10 мм;

Шаг перфорации - 100 мм;

Внешняя труба

∅140 мм

Перфорация - ∅10 мм;

Сегментное исполнение по 2,5 м каждый сегмент. Расположение отверстий в шахматном порядке по 12 шт. с каждой стороны на сегмент.

Система была смонтирована. Доказала свою работоспособность. Однако имела слишком завышенную мощность. Возникла необходимость уменьшить параметры путем уменьшения количества или диаметра отверстий.

В текущих условиях параметры следующие:

V - 3.4468 м³/час - объемный расход каждого из бортов

Ppr - 4.081 кгс/см. - промежуточное давление в эстакаде.

При готовности вышеуказанной программы введение начальных условий следующим образом:

>> A1=squareA1(0.01,400)

>> A2=squareA2(0.01,1:1:384);

>> V=preasure(A1,A2,8,300);

>> plot(V)

>> title('Зависимость производительности от количества отверстий во внешней трубе')

>> xlabel('Количество отверстий')

>> ylabel({'Расход воздуха';'в м^3/час'})

приводит к получению результата, представленного на фиг. 4. Данная зависимость отражает расход каждого из защищаемых бортов в зависимости от количества отверстий. Что позволяет отрегулировать расход до имеющихся параметров производительности воздушных компрессоров.

Изобретение относится к судостроению и судоремонту, в частности к устройствам для защиты плавучего дока от битого льда. Устройство для защиты плавучего дока от битого льда содержит источник сжатого воздуха и соединенный с ним металлической трубой перфорированный трубопровод, закрепленный на кронштейнах и смонтированный по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока. Перфорированный трубопровод состоит из соединенных между собой фланцевыми соединениями перфорированных труб диаметром 140 мм с отверстиями перфорации диаметром 10 мм, расположенными в шахматном порядке. Первый ряд отверстий выполнен под углом 90° вверх от стапель-палубы, а второй ряд отверстий выполнен со смещением на 50 мм от первого ряда отверстий в сторону от стапель-палубы. На противоположной стороне по отношению к отверстиям диаметром 10 мм каждой трубы выполнены отверстия диаметром 25 мм с возможностью обеспечения слива воды при всплытии плавучего дока. Вовнутрь каждой трубы диаметром 140 мм установлена закрепленная посредством сварочных швов труба для подачи воздуха с диаметром 57 мм, по всей длине которой выполнены отверстия диаметром 10 мм, расположенные на расстоянии 100 мм относительно друг друга и смотрящие вниз под углом 90° по отношению к стапель-палубе плавучего дока. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отгона льда от палубы плавучего дока. 4 ил.

Устройство для защиты плавучего дока от битого льда, содержащее источник сжатого воздуха и соединенный с ним металлической трубой перфорированный трубопровод, закрепленный на кронштейнах и смонтированный по контуру кринолина ниже уровня стапель-палубы дока, отличающееся тем, что трубопровод состоит из соединенных между собой фланцевыми соединениями перфорированных труб диаметром 140 мм с отверстиями перфорации диаметром 10 мм, расположенными в шахматном порядке, причем первый ряд отверстий выполнен под углом 90° вверх от стапель-палубы, а второй ряд отверстий выполнен со смещением на 50 мм от первого ряда отверстий в сторону от стапель-палубы, при этом на противоположной стороне по отношению к отверстиям диаметром 10 мм каждой трубы выполнены отверстия диаметром 25 мм с возможностью обеспечения слива воды при всплытии плавучего дока, при этом вовнутрь каждой трубы диаметром 140 мм установлена закрепленная посредством сварочных швов труба диаметром 57 мм для подачи воздуха, по всей длине которой выполнены отверстия диаметром 10 мм, расположенные на расстоянии 100 мм относительно друг друга и ориентированные под углом 90° вниз относительно стапель-палубы плавучего дока.