RU160593U1

RU160593U1 - SHIPBALL BALLAST

Info

Publication number: RU160593U1
Application number: RU2015147624/11U
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Соколов; Анатолий Павлович Нырков; Сергей Григорьевич Черный; Антон Александрович Жиленков
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-03-27

Abstract

Судовое балластное устройство, содержащее балластные креновые и дифферентные цистерны с датчиками нижнего и верхнего уровней, соединенными с входами блока автоматического управления, креновый и дифферентный насосы, трубопроводы для приема и сброса заборной воды с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы заборной воды) и трубопроводы, соединяющие между собой балластные цистерны, с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы балластных цистерн), отличающееся тем, что насосы выполнены нереверсивными, при этом устройство дополнительно снабжено электрическими гидроклапанами, установленными на всасывающих и напорных каналах трубопроводов заборной воды и на всасывающих и напорных каналах трубопроводов балластных цистерн, причем к напорным каналам трубопроводов заборной воды и напорным каналам трубопроводов балластных цистерн подсоединены выходы нереверсивных насосов, а к всасывающим каналам указанных трубопроводов - входы нереверсивных насосов, в свою очередь управляющие входы электрических гидроклапанов соединены с блоком автоматического управления.Marine ballast device containing ballast roll and trim tanks with lower and upper level sensors connected to inputs of the automatic control unit, roll and trim pumps, pipelines for receiving and dumping intake water with suction and pressure channels (intake water pipelines) and pipelines connecting ballast tanks between them, with suction and pressure channels (ballast tank pipelines), characterized in that the pumps are made non-reversible, while the device it is equipped with electric hydraulic valves installed on the suction and pressure channels of the intake water pipelines and on the suction and pressure channels of the ballast tank pipelines, and the outputs of the non-reversible pumps are connected to the pressure channels of the water intake pipelines and the pressure channels of the ballast pipes, and the inputs to the suction channels of these pipelines non-reversible pumps, in turn, the control inputs of the electric hydraulic valves are connected to the automatic control unit.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, предназначенным для регулирования осадки, крена и дифферента судов путем управления водяным балластом. Устройство служит для приема забортной воды (водяного балласта), перекачки по судну и удаления ее за борт и может быть использовано на грузовых судах, испытывающих во время переходов отклонения по крену и дифференту (контейнеровозах, паромах, балкерах и т.п.), а также на морских объектах, требующих динамического ориентирования в условиях волнения (морских платформах, трубоукладчиках и т.п.).The proposed utility model relates to devices designed to regulate draft, heel and trim of ships by controlling ballast water. The device is used for receiving sea water (ballast water), pumping it overboard and removing it overboard and can be used on cargo ships experiencing deviations along the heel and trim (container ships, ferries, bulk carriers, etc.), and also on offshore facilities that require dynamic orientation in rough seas (offshore platforms, pipe layers, etc.).

Известны судовые балластные устройства, регулирующие остойчивость объекта посредством управляемого распределения отработанных вод по его балластным цистернам (см. например, пат. US 2005/0155539 A1, опубл. 2005, МПК B63B 43/06). Особенность работы приведенной системы заключается в том, что метацентрическая высота объекта или его положение вдоль оси, перпендикулярной плоскости горизонта, регулируется за счет распределения большого количества отработанных вод в специальным образом сконфигурированных полостях вдоль бортов объекта. Эти обстоятельства исключают возможность использования устройства на судах с небольшим количеством отработанных вод и произвольной конфигурацией балластных цистерн, а также возможность корректировки ориентации объекта в поперечной и продольной плоскостях. К существенным недостаткам указанного аналога можно отнести и то, что корректировка плавучести объекта (метацентрическая высота) возможна только во время стоянки в порту и не возможна во время переходов в случае непредвиденных перемещений груза.Known ship ballast devices that regulate the stability of the object through the controlled distribution of waste water through its ballast tanks (see, for example, US Pat. US 2005/0155539 A1, publ. 2005, IPC B63B 43/06). The peculiarity of the given system is that the metacentric height of the object or its position along an axis perpendicular to the horizon plane is controlled by the distribution of a large amount of wastewater in specially configured cavities along the sides of the object. These circumstances preclude the possibility of using the device on ships with a small amount of waste water and an arbitrary configuration of ballast tanks, as well as the possibility of adjusting the orientation of the object in the transverse and longitudinal planes. Significant disadvantages of this analogue can also be attributed to the fact that the adjustment of the buoyancy of the object (metacentric height) is possible only when staying in the port and is not possible during transitions in case of unexpected movements of the cargo.

Из пат. US 4276849 A, опубл. 1981, МПК B63B 13/00 известно устройство, осуществляющее распределение балласта по условию компенсации крена. Для функционирования устройства требуется, чтобы на судне был установлен реверсивный насос и сложная пневматическая система для набора и сброса балластных вод.From Pat. US 4276849 A, publ. 1981, IPC B63B 13/00 known device that distributes ballast under the condition of compensation roll. For the functioning of the device it is required that a reversible pump and a complex pneumatic system for the collection and discharge of ballast water be installed on the vessel.

Известно судовое балластное устройство (см. кн. авт. Большакова Ю.И. «Элементарная теория подводной лодки», М., Воениздат, 1977, с. 12; пат. RU 2399544, опубл. 2010, МПК B63B 13/00), содержащее балластные креновые и дифферентные цистерны, сообщенные гидравлически с забортной водой и между собой через балластно-осушительный, креновый и дифферентный насосы.A ship ballast device is known (see the book by the author. Bolshakova Yu.I. "Elementary theory of a submarine", M., Voenizdat, 1977, p. 12; Pat. RU 2399544, publ. 2010, IPC B63B 13/00), containing ballast heel and trim tanks, hydraulically connected with seawater and between each other through ballast-drainage, heel and trim pumps.

Недостатком устройства является повышенная габаритность и энергоемкость.The disadvantage of this device is the increased dimensionality and energy consumption.

Из известных решений наиболее близким аналогом по технической сущности и назначению предлагаемого устройства (прототипом) является судовое балластное устройство по пат. RU 2399544, опубл. 2010, МПК B63B 13/00. Устройство содержит балластные креновые и дифферентные цистерны, сообщающиеся с забортной водой и между собой. С забортной водой цистерны сообщаются через двусторонний гидрозамок на всасывающем и напорном каналах реверсивного балластно-осушительного насоса, а между собой - через двусторонние гидрозамки на всасывающих и напорных каналах реверсивных креновых и дифферентных насосов.Of the known solutions, the closest analogue in technical essence and purpose of the proposed device (prototype) is a ship ballast device according to US Pat. RU 2399544, publ. 2010, IPC B63B 13/00. The device contains ballast heel and trim tanks, communicating with sea water and with each other. Tanks communicate with sea water through a two-way hydraulic lock on the suction and pressure channels of the reversible ballast-drainage pump, and between each other through two-way hydraulic locks on the suction and pressure channels of the reversible pump and differential pumps.

Указанное устройство работает следующим образом. Для уменьшения плавучести цистерны заполняют насосами забортной водой на 0,8-0,9 их объема, чем сжимают находящийся в них воздух. Для устранения крена и (или) дифферента балластную воду перекачивают между креновыми цистернами или между дифферентными цистернами соответствующими насосами. Для увеличения плавучести цистерны частично или полностью осушают балластно-осушительными насосами в реверсном режиме и энергией сжатого воздуха.The specified device operates as follows. To reduce buoyancy, tanks are filled with pumps with outboard water by 0.8-0.9 of their volume, which compresses the air in them. To eliminate the heel and / or trim, ballast water is pumped between the heel tanks or between the trim tanks with the corresponding pumps. To increase the buoyancy, the tanks are partially or completely drained by ballast-drainage pumps in reverse mode and the energy of compressed air.

Недостатком прототипа является достаточно высокое энергопотребление, сложность автоматики, управляющей насосами, и большие габариты. Кроме того, устройство недостаточно оперативно из-за необходимости изменения режима работы каждого из трех насосов при смене выполняемых операций с балластом на реверсивный и обратно.The disadvantage of the prototype is a fairly high power consumption, the complexity of the automation that controls the pumps, and large dimensions. In addition, the device is not operational enough due to the need to change the operating mode of each of the three pumps when changing operations with ballast to reversible and vice versa.

Технический результат от использования заявляемой полезной модели заключается в снижении габаритов и энергопотребления судового балластного устройства, при одновременном повышении надежности и оперативности устройства при смене режимов.The technical result from the use of the claimed utility model is to reduce the size and power consumption of the ship's ballast device, while improving the reliability and efficiency of the device when changing modes.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в судовом балластном устройстве, содержащем, так же как и прототип, балластные креновые и дифферентные цистерны с датчиками нижнего и верхнего уровней, соединенными с входами блока автоматического управления, креновый и дифферентный насосы, трубопроводы для приема и сброса заборной воды с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы заборной воды) и трубопроводы, соединяющие между собой балластные цистерны, с всасывающими и напорными каналами (трубопроводы балластных цистерн), в отличие от прототипа, насосы выполнены нереверсивными, при этом устройство дополнительно снабжено электрическими гидроклапанами, установленными на всасывающих и напорных каналах трубопроводов заборной воды и на всасывающих и напорных каналах трубопроводов балластных цистерн, причем к напорным каналам трубопроводов заборной воды и напорным каналам трубопроводов балластных цистерн подсоединены выходы нереверсивных насосов, а к всасывающим каналам указанных трубопроводов - входы нереверсивных насосов, в свою очередь управляющие входы электрических гидроклапанов соединены с блоком автоматического управления.To achieve the technical result, the following set of essential features is used: in the ship’s ballast device, which contains, like the prototype, ballast roll and trim tanks with lower and upper level sensors connected to the inputs of the automatic control unit, roll and trim pumps, pipelines for intake and discharge of intake water with suction and pressure channels (intake water pipelines) and pipelines connecting ballast tanks to each other with suction and pressure channels (ballast tank pipelines), unlike the prototype, the pumps are non-reversible, and the device is additionally equipped with electric hydraulic valves installed on the suction and pressure channels of the intake water pipelines and on the suction and pressure channels of the ballast tanks pipelines, and to the pressure channels of the pipelines the outlets of non-reversible pumps are connected to the intake water and pressure channels of the ballast tank pipelines, and to the suction channels of these pipelines - ode irreversible pumps in turn control inputs electrical hydraulic valves connected to the automatic control unit.

Указанная совокупность обеспечивает достижение заявленного технического результата - снижение габаритов и энергопотребление и повышение надежности и оперативности устройства балластировки, так как последнее не нуждается в громоздких и сложных пневматических устройствах и реверсивных насосах, при этом количество необходимых насосов сокращается вдвое и примерно во столько же уменьшается потребление энергии.The specified combination ensures the achievement of the claimed technical result - reducing the dimensions and energy consumption and increasing the reliability and efficiency of the ballasting device, since the latter does not need bulky and complex pneumatic devices and reversible pumps, while the number of necessary pumps is halved and energy consumption is reduced by about the same amount .

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed device and the prototype showed that the task is solved as a result of a new set of features, which proves the proposed utility model meets the patentability criterion of "novelty."

Сущность полезной модели состоит в следующем. В предложенной системе за счет конструктивного выполнения и возможности поочередного подключения к трубопроводам забортной воды или к трубопроводам балластных цистерн, креновый и дифферентный нереверсивные насосы выполняют также функцию балластно-осушительных устройств. Благодаря этому поршневые компрессоры заменены насосами с электрическими гидроклапанами, что позволяет снизить габариты, энергоемкость балластного устройства, и повысить его надежность и быстродействие. В свою очередь устройство обеспечивает возможность управления креном, дифферентом и метацентрической высотой плавучего объекта без захода его в порт.The essence of the utility model is as follows. In the proposed system, due to the design and the possibility of alternating connection to the pipelines of overboard water or to the pipelines of ballast tanks, the heel and trim non-reversible pumps also perform the function of ballast-drying devices. Due to this, reciprocating compressors are replaced by pumps with electric hydraulic valves, which reduces the size, energy consumption of the ballast device and improves its reliability and speed. In turn, the device provides the ability to control the roll, trim and metacentric height of the floating object without entering it into the port.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 дано схематическое изображение части устройства, выполняющей кренование и балластировку креновыми цистернами.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 is a schematic illustration of a portion of a device that performs heeling and ballasting with roll tanks.

Устройство содержит левую балластную цистерну регулировки крена (далее цистерна) 1, правую балластную цистерну регулировки крена (далее цистерна) 2, креновый нереверсивный насос (далее насос) 3, электрические гидроклапаны 4, установленные на всасывающих каналах (далее всасывающий клапан) трубопроводов балластных цистерн 5 и трубопровода забортной воды 6, блок автоматического управления 7. датчик верхнего уровня 8. датчик нижнего уровня 9, электрические гидроклапаны 10, установленные на напорных каналах (далее напорный клапан) трубопроводов 5 и 6, питание насоса 11, выходы датчиков уровня 12, управление клапанов 13.The device comprises a left ballast tank for roll adjustment (hereinafter tank) 1, a right ballast tank for roll adjustment (hereinafter tank) 2, a roll non-reversible pump (hereinafter pump) 3, electric hydraulic valves 4 mounted on the suction channels (hereinafter referred to as the suction valve) of the ballast tank pipelines 5 and seawater piping 6, automatic control unit 7. upper level sensor 8. low level sensor 9, electric hydraulic valves 10 installed on pressure channels (hereinafter pressure valve) of pipelines 5 and 6, power to the pump 11, outputs of the level sensors 12, valve control 13.

Судовое балластное устройство работает следующим образом. Для уменьшения плавучести цистерны 1, 2 насосом 3, (в качестве которого может быть использован центробежный насос типа К160М1-2, выпускаемый фирмой Valiadis Hellenic Motors S.A.,) заполняют до необходимого уровня забортной водой, чем сжимают находящийся в них воздух и замещают функцию поршневого компрессора. Для устранения крена балластную воду перекачивают между цистернами 1 и 2 этим же насосом 3. Для увеличения плавучести цистерны 1, 2 частично или полностью осушают насосом 3 через всасывающие клапаны, (в качестве которых может быть использован электромагнитный клапан 136М-2, выпускаемый швейцарской фирмой Cla-Val) при частичной помощи сжатого воздуха. Таким образом, для перекачки жидкости из цистерны 1 в цистерну 2 соответствующими сигналами, подаваемыми по линиям 13 от блока 7, открываются всасывающий клапан 4 при цистерне 1 и напорный клапан 10 при цистерне 2. Для реверса, то есть перекачки жидкости из 2 в 1 открытыми становятся всасывающий клапан 4 при цистерне 2 и напорный клапан 10 при цистерне 1. При этом нет необходимости применять реверсивный насос и дополнительные системы управления для смены режимов его работы. В устройстве используется нереверсивный насос 3 с направлением потока, указанным на схеме стрелкой. Это повышает надежность как механической части устройства, так как нереверсивный насос проще и надежнее по сравнению с реверсивным, так и электрической части, так как нет необходимости менять режим работы насоса 3 и для управления насосом используется только соответствующий сигнал (11) при выполнении операций перекачки жидкости. Кроме того, значительно сокращается время, требуемое для смены режимов работы системы, например, реверса потока. При необходимости добора балластных вод в цистерну 1 или (и) 2, открытыми остаются всасывающий клапан 4 на всасывающем канале трубопровода забортной воды 6 и напорный клапан 10 при цистерне 1 или (и) клапан 10 при цистерне 2. Как видно из рисунка (фиг. 1), при этом балластные воды перекачиваются через тот же креновый насос 3. Сброс излишних балластных вод из цистерны 1 или (и) 2 происходит через открытый всасывающий клапаны 4 при цистерне 1 или (и) клапан 4 при 2, запитанный креновый насос 3 и напорный клапан 10 на напорном канале трубопровода забортной воды 6. Блок 7 имеет обратную связь 13 от цистерн 1 и 2 в виде сигналов, поступающих от датчиков верхнего и нижнего уровня 8, 9.Ship ballast device operates as follows. To reduce the buoyancy of tanks 1, 2, pump 3, (which can be used as a centrifugal pump type K160M1-2 manufactured by Valiadis Hellenic Motors SA), is filled to the required level with seawater, which compresses the air in them and replaces the function of a piston compressor . To eliminate the roll, ballast water is pumped between tanks 1 and 2 by the same pump 3. To increase the buoyancy, tanks 1, 2 are partially or completely drained by pump 3 through suction valves (which can be used as electromagnetic valve 136М-2, manufactured by Swiss company Cla -Val) with partial assistance of compressed air. Thus, for pumping liquid from tank 1 to tank 2, the corresponding signals supplied through lines 13 from block 7 open the suction valve 4 when tank 1 and the pressure valve 10 when tank 2. For reverse, that is, pumping liquid from 2 to 1 open become a suction valve 4 with a tank 2 and a pressure valve 10 with a tank 1. There is no need to use a reversible pump and additional control systems to change its operating modes. The device uses a non-reversible pump 3 with the flow direction indicated by the arrow in the diagram. This increases the reliability of both the mechanical part of the device, since a non-reversible pump is simpler and more reliable compared to a reversible part, as well as an electric part, since there is no need to change the operating mode of pump 3 and only the corresponding signal (11) is used to control the pump when performing fluid transfer operations . In addition, significantly reduces the time required to change the operating modes of the system, for example, reverse flow. If it is necessary to add ballast water to the tank 1 or (and) 2, the suction valve 4 on the suction channel of the overboard water pipe 6 and the pressure valve 10 with the tank 1 or (and) the valve 10 with the tank 2 remain open. As can be seen from the figure (FIG. 1), while the ballast water is pumped through the same heel pump 3. The excess ballast water is discharged from the tank 1 or (and) 2 through the open suction valves 4 at the tank 1 or (and) valve 4 at 2, the energized heel pump 3 and pressure valve 10 on the pressure channel of the seawater pipeline 6. Block 7 has a feedback 13 from tanks 1 and 2 in the form of signals from the sensors of the upper and lower levels 8, 9.

Предлагаемая полезная модель была создана специалистами кафедры «Комплексного обеспечения информационной безопасности» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» при проведении научно-исследовательской работы «Средства повышения безопасности плавания объектов водного транспорта». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования предлагаемой системы на морском транспорте.The proposed utility model was created by specialists of the Department of Comprehensive Information Security Support, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education Admiral S.O. State University of the Sea and River Fleet Makarova ”during the research work“ Means of improving the safety of navigation of water transport facilities ”. Calculations were made that showed the possibility of using the proposed system in maritime transport.

В 2015 г. система была апробирована на пароме «Керченский-2», курсирующем по маршруту порт «Крым» - порт «Кавказ» в Керченском проливе. Проводимые испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства при управлении остойчивостью, креном и дифферентом объектов морского транспорта, в том числе и при необходимости оперативного предупреждения катастроф в случае непредвиденного смещения грузов на борту объекта в аварийных ситуациях.In 2015, the system was tested on the ferry "Kerch-2", cruising the port "Crimea" - port "Caucasus" in the Kerch Strait. The tests carried out gave a positive result, which confirmed the possibility of using the device in the management of stability, roll and trim of objects of sea transport, including if necessary to quickly prevent disasters in the event of an unexpected displacement of goods on board the object in emergency situations.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».The above allows us to conclude that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

Marine ballast device containing ballast roll and trim tanks with lower and upper level sensors connected to inputs of the automatic control unit, roll and trim pumps, pipelines for receiving and dumping intake water with suction and pressure channels (intake water pipelines) and pipelines connecting ballast tanks between them, with suction and pressure channels (ballast tank pipelines), characterized in that the pumps are made non-reversible, while the device it is equipped with electric hydraulic valves installed on the suction and pressure channels of the intake water pipelines and on the suction and pressure channels of the ballast tank pipelines, and the outputs of the non-reversible pumps are connected to the pressure channels of the water intake pipelines and the pressure channels of the ballast pipes, and the inputs to the suction channels of these pipelines non-reversible pumps, in turn, the control inputs of the electric hydraulic valves are connected to the automatic control unit.