BG66672B1 - Понтонна лодка - Google Patents

Abstract

Понтонната лодка се състои от платформа (1), централен понтон (2) и четири външни понтони (3), разположени по двойки успоредно и симетрично на надлъжната ос на централния понтон (2) от двете му страни, и е снабдена с четири мотора за придвижване (непоказани на фигурата), като платформата (1) обхваща централния понтон (2) и външните понтони (3), при което хоризонталната площ на централния понтон (2) е по-голяма съответно от хоризонталната площ на всеки от външните понтони (3) на лодката, а дъното на централния понтон (2) е в равнина, по-ниска от равнината на дъната на външните понтони (3), като понтонната лодка е снабдена с четири хоризонтални кормила съответно предно ляво (4), предно дясно (5), задно ляво (6) и задно дясно (7), монтирани шарнирно съответно върху четири хоризонтални тръбни части (8, 9, 10 и 11) и едно вертикално кормило (12), монтирано шарнирно върху задна вертикална тръбна част (13). Централният понтон (2) е снабден и с надлъжен отвор (14) за подвижен вертикален кил.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до понтонна лодка, която изпълнява функциите на самоходна носеща конструкция на силови хидросистеми. Понтонната лодка ще се използва при поддържане на хидроенергийни системи в горния, най-бърз воден слой на речни, морски и канални течения, както и на приливите и отливите в големи водни басейни, при което хидроенергийните системи могат да са хидрокинетични електроцентрали, хидрокинетични водни помпи, водовъртежни електроцентрали, водовъртежни водни помпи, електроцентрали на морски вълни и различни други хидросилови системи.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са различни видове понтонни лодки, като много малко от тях са специално проектирани като самоходни носещи платформи на хидроенергийни системи, оползотворяващи естествената кинетична енергия на линейни безнапорни водни течения, на водни вълни, както и енергията на водовъртежи, поддържани от естествените кориолисови сили, породени от въртенето на земята.

Хидроенергийните системи, които са монтирани стационарно върху неподвижно закрепени към дъното и/или бреговете понтонни лодки са частично или напълно потопени във водата и заедно с понтонните лодки са подложени на различни видове ротационни, възвратно-постъпателни и други сили, които поставят високи изисквания към понтонните лодки за стабилност и ориентация. Неподвижно закрепените понтонни лодки не позволяват пълноценното използване на кинетичната енергия на течащата вода, която е най-голяма в горния воден слой и далече от бреговете на водния басейн. Известно е, че водното ниво ежедневно и сезонно е променливо в голям диапазон както при крайбрежните приливи и отливи, така и при реките.

Необходимо е решение, което позволява понтонната лодка да заема позиция не само в горния слой във водата, но и такава пространствена ориентация, чрез която се получава максимално оползотворяване на водната енергия от монтираните хидроенергийни съоръжения.

От публикация [1] на британски изобретатели е известен несамоходен хидроелектрически генериращ апарат, чието оптимално положение във водно (приливно-отливно) течение се поддържа чрез управление на водонапълването на кухи понтонни поплавъци. Такъв вид управление оскъпява стойността на плаващите понтони, усложнява ги и значително затруднява обслужването им. Освен това чрез управление на водонапълването на кухи понтонни поплавъци се черпи значително количество енергия за изпълнение на управленските функции.

Едно по-ефективно решение за управлението на плаваща понтонна лодка е известно от патент на САЩ [2]. Плаващата понтонна лодка е предвидена с обща дължина от 5.4 до 9.6 ш и се състои от платформа, централен понтон и външни понтони от двете му страни, и е снабдена с мотор за придвижване. Платформата обхваща централния понтон и външните понтони, при което централният понтон е монтиран по-ниско от външните понтони и ширината му, както и напречното му сечение са по-големи съответно от ширината и напречните сечения на всеки от външните понтони. Така се оформя напречно сечение на понтонната лодка с приблизително Vобразна форма. Предвидено е понтонната лодка да се преоформя чрез преместване на страничните (външни) понтони заедно с допълнителни плоскости, монтирани към всеки понтон. Това дава възможност понтонната лодка да бъде по-стабилна както на ход с различни скорости, така и закотвена спрямо водното течение. Допълнителните плоскости могат да си променят ъглите спрямо хоризонта така, че да повдигат предната част на лодката над водата при бърз ход - плисиране. Това решение не позволява само с промени на формата на напречното сечение (чрез допълнителните плоскости) да се регулират страничните, надлъжните и диагоналните наклони на понтонната лодка както при ход на понтонната лодка с различни скорости, така и при закотвено положение. Освен това понтонната лодка не е снабдена със стабилизиращ вертикален кил и мачта с платна за безмоторно ветроходно движение.

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/15.06.2018

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде нескъпа понтонна лодка за хидроенергийни системи, чиито странични, надлъжни и диагонални наклони да могат да се регулират както при ход, така и при закотвено положение във водно течение и да заема необходимата оптимална ориентация по трите оси на пространствената координатна система. Същевременно да е достатъчно стабилна на вода и да използва ефективно мачта с платна за безмоторно ветроходно движение.

Задачата се решава чрез понтонна лодка, състояща се от платформа, централен понтон и външни понтони, разположени успоредно на надлъжната ос на централния понтон от двете му страни, и е снабдена с най-малко един мотор за придвижване, като платформата обхваща централния понтон и външните понтони, характеризираща се с това, че външните понтони са четири на брой и са разположени по двойки една след друга симетрично на надлъжната ос на централния понтон, при което хоризонталната площ на централния понтон е по-голяма съответно от хоризонталната площ на всеки от външните понтони на лодката, а дъното на централния понтон е в равнина, по-ниска от равнината на дъната на външните понтони, като понтонната лодка е снабдена с четири хоризонтални кормила, съответно предно ляво, предно дясно, задно ляво и задно дясно, монтирани шарнирно върху четири хоризонтални тръбни части и едно вертикално кормило, монтирано шарнирно върху задна вертикална тръбна част.

В едно предпочитано изпълнение на понтонна лодка кормилата са с елипсовидни напречни сечения.

В друго предпочитано изпълнение понтонната лодка е снабдена с четири извънбордови електрически мотори.

В друго предпочитано изпълнение на понтонна лодка централният понтон е снабден с надлъжен отвор за подвижен вертикален кил.

В друго предпочитано изпълнение на понтонна лодка предните хоризонтални ляво и дясно кормила са с по-големи напречни сечения от задните хоризонтални ляво и дясно кормила.

Пояснение на приложената фигура

Фигурата представя план схема (поглед отгоре) на понтонна лодка съгласно изобретението.

Примерно изпълнение на изобретението

Понтонна лодка, състояща се от платформа 1, централен понтон 2 и четири външни понтони 3, разположени по двойки успоредно и симетрично на надлъжната ос на централния понтон 2 от двете му страни, и е снабдена с четири мотора за придвижване (непоказани на фигурата), като платформата 1 обхваща централния понтон 2 и външните понтони 3, при което хоризонталната площ на централния понтон 2 е по-голяма съответно от хоризонталната площ на всеки от външните понтони 3 на лодката, а дъното на централния понтон 2 е в равнина, по-ниска от равнината на дъната на външните понтони 3, като понтонната лодка е снабдена с четири хоризонтални кормила съответно предно ляво 4, предно дясно 5, задно ляво 6 и задно дясно 7, монтирани шарнирно съответно върху четири хоризонтални тръбни части 8,9,10 и 11 и едно вертикално кормило 12, монтирано шарнирно върху задна вертикална тръбна част 13.

Хоризонталните кормила 4, 5, 6 и 7, както и вертикалното кормило 12 са с елипсовидни напречни сечения.

Централният понтон 2 е снабден и с надлъжен отвор 14 за подвижен вертикален кил.

Предните хоризонтални кормила 4 и 5 са с по-големи напречни сечения от задните хоризонтални кормила 6 и 7.

Положителните и отрицателните ъгли на атака спрямо хоризонталната равнина на хоризонталните кормила 4, 5, 6 и 7 се променят в обхват от ± 75° ъглови градуси, а вертикалното кормило 12 се отклонява симетрично спрямо надлъжната ос на лодката в обхват от ± 65° ъглови градуси.

Най-горните повърхности на хоризонталните тръбни части 8, 9, 10 и 11 на понтонната лодка са разположени на не по-малко от 0.3 ш под водата, а горният край на задната вертикална тръбна част 13 е под нивото на най-долната част на централния понтон 2.

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/15.06.2018

Предните хоризонтални кормила 4 и 5 на понтонната лодка са по-големи от задните хоризонтални кормила 6 и 7.

Използване на изобретението

Принципът на пространственото управление при използване на понтонната лодка съгласно изобретението е представен последователно чрез нейните основни ориентации в пространството.

Страничните наклони (леви и десни кренове спрямо надлъжната ос на понтонната лодка) се постигат посредством хоризонталните кормила 4, 5, 6 и 7 по следния начин: Когато десните кормила 5 и 7, гледани спрямо посоката на предния ход на лодката са преместени с отрицателен ъгъл на атака спрямо хоризонта, а левите кормила 4 и 6 са преместени с положителен ъгъл на атака спрямо хоризонта, то цялата лодка се наклонява (кренира) на дясно. И обратно: Когато десните кормила 5 и 7 са преместени с положителен ъгъл на атака спрямо хоризонта, а левите кормила 4 и 6 са преместени с отрицателен ъгъл на атака спрямо хоризонта, то цялата лодка се наклонява (кренира) на ляво. И в двата описани случая страничните завъртания на лодката са около надлъжната й ос на симетрия.

Надлъжните наклони (напред и назад, спрямо напречната ос на лодката) се постигат отново посредством четирите хоризонтални кормила 4, 5, 6 и 7 по следния начин. Когато двете предни хоризонтални кормила 4 и 5 са преместени с отрицателен ъгъл на атака, а задните хоризонтални кормила 6 и 7 са преместени с положителен ъгъл на атака, то цялата лодка се наклонява напред. И обратно: Когато двете предни хоризонтални кормила 4 и 5 са преместени с положителен ъгъл на атака, а задните хоризонтални кормила 6 и 7 са преместени с отрицателен ъгъл на атака, то цялата лодка се наклонява назад. При този случай в зависимост от бързината на хода на понтонната лодка тя може частично да глисира над водата и да има по-малко съпротивление от триене. Наклоните на лодката спрямо диагоналите на мисления правоъгълник, образуван от центровете на тежестта на четирите хоризонтални кормила 4, 5, 6 и 7 наричаме диагонални наклони. Те се постигат посредством четирите хоризонтални кормила 4, 5, 6 и 7 по следния начин: Когато кормилата 4 и 7 са с положителен ъгъл на атака, а 5 и 6 са преместени с отрицателен ъгъл на атака, то наклонът на лодката е напред и наляво. И обратно: Когато кормилата 4 и 7 са с отрицателен ъгъл на атака, а 5 и 6 са преместени с положителен ъгъл на атака, то наклонът на лодката е назад и надясно.

Хоризонтално завъртане на лодката се осъществява чрез преместване на вертикалното кормило 12 около оста му по тръбна част 13, както е при всички конвенционални лодки.

Желаните наклони на лодката се постигат при подходящи ъгли на атака на хоризонталните кормила 4, 5, 6 и 7. За да се постигне баланс между действията на хоризонталните кормила в случай, че те са с различни площи, по-големите се отклоняват на по-малки ъгли на атака. Лодката може да постигне надлъжни, странични и диагонални наклони и когато някои от кормилата й остават в хоризонтално неутрално положение, а се отклоняват само останалите. В тези случаи наклоните са по-малки.

Стабилизацията на лодката по оста на течението става благодарение на нейния надлъжен и прибираем кил. Пак с него понтонната лодка се осигурява и срещу странично клатене. Прибираемият кил служи и за стабилизация на лодката при ветроходно движение.

Понтонната лодка съгласно изобретението се използва основно за поддръжка на различни хидросилови системи и хидроенергийни съоръжения като плаваща платформа за тях, която да ги ориентира по трите оси на пространствената координатна система.

Поради отличната стабилизация на лодката на нея могат да се монтират и вятърни турбини. В този случай е препоръчително да се направи автоматизирано и механизирано 3D управление на лодката, за да може тя да реагира автоматично в реално време. Не е необходимо такова управление на лодката, когато се ползва за монтаж на допълнителни фотоволтаични модули върху нея, независимо какви съоръжения за хидроенергийно производство тя поддържа.

Оптималните външни габарити на понтонната лодка съгласно изобретението са, когато общата й дължина превишава ширината й с 20-30%.

Когато имаме случай на свързани една след друга лодки, то лодката в план може да бъде близка по форма до квадрат. А когато имаме случай на свързани една до друга лодки, то лодката в план следва

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/15.06.2018 да е с подходящи размери за оптимално разположение на хидроенергийните съоръжения под нея и върху нея така, че да се постига висока енергийна ефективност. Същото съображение е в сила и когато лодките са свързани помежду си матрично в редове и колони, или шахматно.

Съотношението между дължината и ширината на централния понтон 2 от една страна и височината му се изчисляват в зависимост от типа на хидроенергийните съоръжения, които носи лодката. По същите критерии се определят и размерите на външните понтони 3.

На централния понтон 2 могат да се монтират един или няколко малки стрелови крана и/или електротелфери, които да облекчават изваждането на съоръженията над водата при инспекции и/или ремонти на вода, както и за по-лесното придвижване на понтонната лодка във водата. Тези кранове се ползват и за начален монтаж на подводните хидроенергийни съоръжения на понтонната лодка.

Понтонната лодка може да има само един (централен) понтон 2, а хоризонталните й кормила 4, 5, 6 и 7 да са на странични конзоли, на които да са монтирани и хидроенергийни съоръжения. В този случай управляемостта и стабилността на лодката принципно не се променят. Понтонната лодка може да е сглобяема, за да се транспортира удобно със стандартно-габаритен автотранспорт и да се сглобява непосредствено до водата на брега или потопена във вода. Когато се свързват две или повече понтонни лодки, за да работят в обща хидроенергийна система, то тяхното съединяване е препоръчително да става във водата.

Хоризонталните кормила 4,5, 6, 7 и вертикалното кормило 12 е препоръчително да се произвеждат от стъклопласти, а останалата част от лодката може да е от метални листове с надеждно антикорозионно покритие, или да бъдат изработени от устойчиви на корозия материали.

Главно предимство на понтонната лодка е това, че тя има управление и стабилизация по трите взаимно перпендикулярни оси на пространствената координатна система, и на ход, и като закотвена във водно течение. По този начин се осигурява висока енергийна ефективност на хидроенергийните системи, които понтонната лодка носи.

Универсално предимство на понтонната лодка е и това, че тя е подходяща за различни дълбочини и скорости на водни течения, тъй като всичките й поплавъци са хидродинамично оптимизирани за минимално съпротивление както за движение във вода, така и като неподвижно закрепена във водно течение, при което се оказва минимално съпротивление на течението.

Важно предимство на изобретението е също и това, че при експлоатация на понтонната лодка се елиминира опасността от замърсяващи маслени субстанции под и над водата, тъй като понтонната лодка може да се движи на електрическа и/или ветрова тяга, а кормилата й могат да се управляват ръчно, или чрез механични и/или електрически немаслени агрегати.

Съществено предимство на понтонната лодката е и това, че поради отличната й управляемост и стабилизация, множество такива понтонни лодки-модули могат удобно да бъдат свързани с шарнирни връзки в общи енергийни системи - например хидрокинетичен и/или водовъртежен и/или вълнови хидроелектрически парк, както и смесени такива.

В случай, че понтонната лодка поддържа хидрокинетични турбинни електрогенератори, генерираната от тях енергия може да се използва за преместване на понтонната лодка на самоход към по-изгодни позиции във водата, както и сама да се прибира на защитени места при различни екстремни ситуации.

Claims (5)

Патентни претенции

1. Понтонна лодка, състояща се от платформа (1), централен понтон (2) и външни понтони (3), разположени успоредно и симетрично на надлъжната ос на централния понтон (2) от двете му страни, и е снабдена с най-малко един мотор за придвижване, като платформата (1) обхваща централния понтон (2) и външните понтони (3), при което дъното на централния понтон (2) е разположено под равнината на дъната на външните понтони (3) и ширината на централния понтон (2), както и напречното му сечение са по-големи съответно от ширината и напречните сечения на всеки от външните понтони (3), характеризираща се с това, че външните понтони (3) са четири на брой, като понтонната лодка е снабдена с четири хоризонтални кормила, съответно предно ляво (4), предно дясно (5), задно ляво (6) и задно дясно (7), монтирани шарнирно върху четири хоризонтални тръбни части съответно (8, 9, 10 и 11) и едно вер

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/15.06.2018 тикално кормило (12), монтирано шарнирно върху задна вертикална тръбна част (13).

2. Понтонна лодка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че кормилата (4, 5, 6, 7 и 12) са с елипсовидни напречни сечения.

3. Понтонна лодка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че е снабдена с четири извънбордови електрически мотори.

4. Понтонна лодка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че централният понтон (2) е снабден и с надлъжен отвор (14) за подвижен вертикален кил.

5. Понтонна лодка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че предните хоризонтални ляво (4) и дясно (5) кормила са с по-големи напречни сечения от задните хоризонтални ляво (6) и дясно (7) кормила.