RU173479U1

RU173479U1 - Port tug with ice teeth and resonant vertical vibrations of the hull for breaking ice

Info

Publication number: RU173479U1
Application number: RU2017108179U
Authority: RU
Inventors: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Original assignee: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-08-29

Abstract

Портовый буксир с ледовыми зубьями и резонансными вертикальными колебаниями корпуса для взламывания льда имеет на носовых обводах с обоих бортов от форштевня ледовые зубья по форме четырехугольной пирамиды, установленные по ватерлинии. Их размер и количество зависит от формы носовых обводов и толщины льда по району плавания. Для возбуждения вертикальных колебаний установлен вдоль корпуса на носовой оконечности палубы или в отсеке маховик с приводом от элдвигателя с изменяемой скоростью вращения для достижения резонанса с частотой собственных колебаний корпуса. При входе форштевня в ледовый массив зубья ряда поочередно вверх-вниз взламывают на ширину судна весь слой льда, который выдавливается корпусом в стороны по всей ширине корпуса, чтобы цилиндрическая часть не заклинилась в канале. Ледовые зубья можно устанавливать на существующие суда, сделав подкрепления набора и обшивки, при потере нескольких зубьев работоспособность не теряется, восстановить можно на плаву при соответствующем крене и дифференте.A port tugboat with ice teeth and resonant vertical vibrations of the hull for breaking ice has ice teeth in the shape of a quadrangular pyramid mounted on the waterline on the forward contours of both sides of the stem. Their size and quantity depends on the shape of the nasal contours and the thickness of the ice in the navigation area. To excite vertical vibrations, a flywheel mounted along the hull at the bow tip of the deck or in the compartment is driven by an electric motor with a variable rotation speed to achieve resonance with the natural frequency of the hull. When the stem enters the ice mass, the teeth of the row alternately up and down break the entire layer of ice, which is squeezed out by the hull to the sides along the entire width of the hull, so that the cylindrical part does not jam in the channel. Ice teeth can be installed on existing ships, making reinforcements of the set and skin, with the loss of several teeth, performance is not lost, you can restore afloat with the appropriate roll and differential.

Description

Портовый буксир с ледовыми зубьями и резонансными вертикальными колебаниями корпуса для разрушения льда относится к судостроению и водному транспорту и касается технологии разрушения ледяного покрова при плавании в портовых водах.A port tug with ice teeth and resonant vertical vibrations of the hull for breaking ice refers to shipbuilding and water transport and concerns the technology of breaking the ice cover when sailing in port waters.

Разрушение ледового покрова обеспечивается колебаниями по вертикали носовой части буксира с ледовыми зубьями, установленными на носовых обводах корпуса с обеих сторон от форштевня по горизонтали, что облегчает его проход через ледовый покров.The destruction of the ice cover is ensured by vertical vibrations of the bow of the tugboat with ice teeth mounted on the forward contours of the hull on both sides of the stem horizontally, which facilitates its passage through the ice cover.

Имеется патент SU 1122549 «Носовая оконечность судна ледового плавания с лед-разрушающей наделкой» в подводной части судна, выполненной в виде клина. Применение такой наделки неэффективно, т.к. изменение осадки приводит к поднятию наделки выше поверхности льда или опусканию под лед. При увеличении толщины льда требуются повышенные усилия движительной установки для разделения массива на 2 горизонтальные части и раздвигание. Наделка выступает вперед и по бортам и представляет дополнительную опасность для судов и причалов при маневрах.There is a patent SU 1122549 "The fore end of an ice navigation vessel with ice-destructive cladding" in the underwater part of the vessel, made in the form of a wedge. The use of such adjustments is inefficient, because a change in precipitation leads to the rise of the deposit above the surface of the ice or lowering under the ice. With an increase in the thickness of the ice, increased forces of the propulsion system are required to separate the massif into 2 horizontal parts and to move it apart. The nadka protrudes forward and along the sides and poses an additional danger to ships and moorings during maneuvers.

Имеется патент на изобретение №2122505, согласно которому имеется возможность передачи на лед части массы буксира через полозья впереди форштевня и подрезки льда снизу. При этом требуется сложная конструкция приставки и дополнительная мощность силовой установки для разрушения ледового покрова.There is a patent for invention No. 212505, according to which there is the possibility of transferring to ice part of the mass of the tug through the skids in front of the stem and cutting the ice from below. This requires a complex design of the console and additional power of the power plant to destroy the ice cover.

Подобные недостатки присущи предложенному в журнале "Изобретатель и рационализатор", N 5, 1971, с. 9, способу разрушать лед с помощью мощных маховиков, устанавливаемых на носу.Similar disadvantages are inherent in the proposed in the journal "Inventor and rationalizer", N 5, 1971, p. 9, a method for breaking ice with powerful flywheels mounted on the nose.

Основная часть действующих в настоящее время портовых буксиров для ледового плавания имеет классическую форму с наклонным форштевнем и разрушает лед за счет давления форштевня на кромку льда и расширения трещины, когда она появляется. Если трещины нет, то носовая часть корпуса выходит на льдину и своим весом проламывает лед. Иногда льдина не раскалывается от давления корпуса на лед, поэтому носовая часть по смятому льду вылезает на лед и буксир может заклиниться. Возникает необходимость отрабатывать на задний ход и разбивать лед несколькими набегами на переднем ходу. При таких условиях требуется значительная мощность силовой установки и резко снижается скорость продвижения, возрастает расход топлива, возможны поломки механизмов от инерционных нагрузок.Most of the currently existing ice-going tugboats have a classic shape with an inclined bow and breaks the ice due to the pressure of the bow on the ice edge and the expansion of the crack when it appears. If there is no crack, then the bow of the body goes onto the ice and breaks the ice with its weight. Sometimes the ice floe does not crack due to the pressure of the hull on the ice, so the bow of the crumpled ice crawls out onto the ice and the tug can jam. There is a need to work in reverse and break the ice with several raids in front. Under such conditions, considerable power of the power plant is required and the speed of advancement decreases sharply, fuel consumption increases, and mechanisms may break due to inertial loads.

Задачей внедрения полезной модели является облегчение прохода портовых буксиров через ледовый покров разной толщины в портовых водах.The objective of introducing the utility model is to facilitate the passage of port tugs through the ice sheet of different thicknesses in port waters.

Задача разрушения льда для прохода буксира решается установкой ледовых зубьев в форме четырехугольной пирамиды двумя ребрами по вертикали и основанием на корпусе судна по обоим бортам от наклонного форштевня на носовых обводах корпуса по ватерлинии, причем размер и количество ледовых зубьев, их размещение зависят от размеров носовых обводов буксира, его типа и толщины льда по району плавания, чтобы можно было разрушить лед на ширину цилиндрической части корпуса для его свободного прохода и предотвращения заклинивания в канале. Для возбуждения вертикальных колебаний корпуса в носовой оконечности на палубе или в отсеке устанавливают вдоль корпуса вертикально маховик со смещенным центром тяжести с приводом от элдвигателя с регулируемым числом оборотов. Масса маховика и обороты вращения выбираются исходя из размеров буксира и периода его свободных колебаний в диаметральной плоскости. При вращении маховика нос буксира начнет подниматься и опускаться и при резонансе амплитуда колебаний будет максимальная, что обеспечит разрушения ледяного покрова на всю толщину. При отсутствии льда маховик может сниматься на берег для хранения и проведения техобслуживания.The task of breaking ice for the passage of the tug is solved by installing ice teeth in the shape of a quadrangular pyramid with two edges vertically and a base on the ship’s hull on both sides of the inclined stem on the bow contours of the hull along the waterline, the size and number of ice teeth and their placement depend on the size of the bow contours tugboat, its type and thickness of ice over the navigation area, so that ice can be destroyed to the width of the cylindrical part of the hull for its free passage and to prevent jamming in the channel. To excite vertical vibrations of the hull in the bow tip on the deck or in the compartment, a flywheel with a shifted center of gravity is mounted vertically along the hull with an electric motor drive with an adjustable speed. The mass of the flywheel and the speed of rotation are selected based on the size of the tug and the period of its free vibrations in the diametrical plane. When the flywheel rotates, the tug nose will begin to rise and fall, and at resonance the oscillation amplitude will be maximum, which will ensure the destruction of the ice cover to the entire thickness. In the absence of ice, the flywheel can be removed ashore for storage and maintenance.

Наиболее рациональное положение ряда ледовых зубьев для каждого типа буксира выбирается дифферентом перед началом прохода через ледовый покров так, чтобы зубья входили в лед, а изменением числа оборотов маховика добиваются резонанса колебаний и приближаются к ледовому покрову. Ударное по вертикали давление узких ребер ледовых зубьев значительно выше, чем широкого форштевня и обшивки корпуса, поэтому лед разрушается зубьями легче, образуя небольшие фрагменты по сравнению с массивными льдинами от воздействия форштевня и обшивки.The most rational position of the row of ice teeth for each type of tug is selected by the trim before starting to pass through the ice cover so that the teeth enter the ice, and by changing the number of revolutions of the flywheel they achieve oscillation resonance and approach the ice cover. The vertical vertical pressure of the narrow edges of the ice teeth is much higher than that of the wide stem and casing, so the ice breaks down more easily with the teeth, forming small fragments compared to the massive ice blocks from the impact of the stem and casing.

На фиг. 1- носовая часть сбоку: 1 - ватерлиния на уровне поверхности воды, 2 - ледовые зубья, 3 - носовой отсек установки маховика, 4 - маховик со смещенным центром тяжести, 5 - возможный вертикальный вид льдины.In FIG. 1- nasal part on the side: 1 - waterline at the level of the water surface, 2 - ice teeth, 3 - nasal compartment of the flywheel installation, 4 - flywheel with a displaced center of gravity, 5 - possible vertical view of the ice.

На фиг. 2 - горизонтальный вид плоскости ватерлинии носовой части:In FIG. 2 - horizontal view of the plane of the waterline of the bow:

1- ватерлиния на уровне поверхности воды, 2 - ледовые зубья.1 - waterline at the level of the water surface, 2 - ice teeth.

Улучшенное фрагментарное разрушение льда происходит следующим образом (симметрично обе стороны):Improved fragmentary destruction of ice occurs as follows (symmetrically on both sides):

при подходе наклонного форштевня судна к льдине первый ледовый зуб может оказаться как сверху, так и снизу льда, который разрушается движением зуба с корпусом вниз или вверх и обшивкой выдавливается в сторону;when the inclined bow of the vessel approaches the ice, the first ice tooth can be either above or below the ice, which is destroyed by moving the tooth with the hull up or down and squeezed out to the side;

второй зуб ряда подходит ко льду и движением корпуса вверх или вниз разрушает покров на большем расстоянии от диаметральной плоскости судна, и лед выдавливается в сторону, ледовый канал расширяется;the second tooth of the row approaches the ice and, by moving the hull up or down, destroys the cover at a greater distance from the diametrical plane of the vessel, and the ice is squeezed to the side, the ice channel expands;

следующие зубья ряда подобным образом расширяют канал по ширине корпуса, нижний слабый слой льда выдавливается корпусом под ледовый покров.the next teeth of the row similarly expand the channel along the width of the hull; the lower weak layer of ice is squeezed out by the hull under the ice cover.

В результате вертикального ударного действия раздельных ледовых зубьев на лед происходит его фрагментарное разрушение и выдавливание корпусом под лед при движении буксира. При разрушении льда зубьями нет образования за буксиром крупных льдин, представляющих опасность для следующих в канале под проводкой транспортных средств. Такое фрагментарное разрушение массива льда ударными резонансными колебаниями не требует дополнительной мощности силовой установки, как при разбивании значительного массива льда по всей толщине одним широким форштевнем в одном месте. Кроме этого при движении в толстом льду нет выхода носовой части корпуса на лед, заклинивания и остановки буксира. При работе винтов - один вперед, второй назад, буксир стремится развернуться и может ломать лед носовой частью с зубьями в сторону, расширяя канал одним бортом. При подобной установке ледовых зубьев и на кормовых обводах разрушение льда будет с двух сторон буксира по кругу.As a result of the vertical impact of separate ice teeth on the ice, it fragmented and extruded by the hull under the ice when the tug moves. When ice is destroyed by teeth, there is no formation of large ice floes behind the tug, which are dangerous for vehicles following the channel under the wiring. Such fragmentary destruction of the ice mass by shock resonance vibrations does not require additional power of the power plant, as when breaking a large ice mass across the entire thickness with one wide stem in one place. In addition, when moving in thick ice, there is no way out of the bow to the ice, jamming and stopping the tug. During the operation of the screws - one forward, the second back, the tug tends to turn around and can break the ice with the nose with teeth to the side, expanding the channel with one side. With a similar installation of ice teeth and aft contours, ice will be destroyed on both sides of the tug in a circle.

Ледовые зубья не представляют опасности при маневрах, швартовке судна к причалу или к другому судну бортом, потому что расположены на носовых обводах ниже ватерлинии и не выходят за цилиндрическую часть корпуса.Ice teeth are not dangerous when maneuvering, mooring the vessel to the berth or to another vessel on board, because it is located on the bow contours below the waterline and does not extend beyond the cylindrical part of the hull.

Устанавливать маховик и ледовые зубья можно на действующие буксиры т.к. это не требует разработки новой конструкции корпуса, а необходимо только местное подкрепление набора и обшивки, повреждение нескольких зубьев не приводит к выводу судна из эксплуатации, их замена или ремонт возможны при соответствующем крене и дифференте буксира на плаву.You can install the flywheel and ice teeth on the operating tugs. this does not require the development of a new hull design, but only local reinforcement of the set and casing is necessary, damage to several teeth does not lead to the decommissioning of the vessel, their replacement or repair is possible with the appropriate roll and differential of the tug afloat.

Claims

A port tug with ice teeth and resonant vertical vibrations of the ice breaking hull, having a hull with a propulsion unit in the aft and an inclined bow in the bow, characterized in that ice teeth are installed along the sides of the inclined bow on the outlines of the bow of the hull in the shape of a quadrangular pyramid with vertical edges and attached with a base to the skin, the size, number and placement of teeth depend on the size and shape of the bow contours of the tug and the ice thickness sailing area, and to excite vertical vibrations of the hull in the bow compartment, a flywheel is installed along the hull with a shifted center of gravity and an electric motor drive to change the speed and obtain resonant vertical vibrations of the tugboat, due to which the ice teeth destroy the ice cover, forming a channel for the passage of the tug .