RU191508U1

RU191508U1 - FLOATING MARINE OBJECT

Info

Publication number: RU191508U1
Application number: RU2019116286U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Горшков; Борис Николаевич Городецкий; Александр Михайлович Вишневский
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Полезная модель относится к плавучим морским сооружениям и может быть использована для кораблей, судов, а также объектов морской техники с корпусами из стали или железобетона и надстройками, выполненными из алюминиевых сплавов. Задача, решаемая полезной моделью, повышение эффективности длительной эксплуатации плавучего морского объекта со стальными элементами корпуса и надстройкой из алюминиевых сплавов за счет ослабления коррозионных процессов при обеспечении электробезопасности смонтированного на плавучем объекте электрооборудования. Поставленная задача решается за счет того, что в плавучем морском объекте, содержащем корпус со стальными конструктивными элементами, закрепленную на нем надстройку, корпусные конструкции которой выполнены из алюминиевого сплава, узлы соединения корпуса и надстройки, а также электрооборудование, размещенное в корпусе и надстройке, узлы механического скрепления корпуса и надстройки выполнены с электрически изолирующими их друг от друга прокладками. На прилежащие к ним смежные участки поверхности стальных конструктивных элементов и корпусных конструкций надстройки нанесено электроизолирующее покрытие. Устройство содержит, по меньшей мере, один дополнительный изолированный от корпуса заземлитель, выполненный из металлического листа, расположенного ниже ватерлинии. К этому металлическому листу, изолированным от стальных конструктивных элементов корпуса проводником, подключены корпусные конструкции надстройки. Предлагаемое техническое решение конструкции морского плавучего объекта позволяет сократить эксплуатационные расходы на обеспечение противокоррозионной защиты, в том числе и за счет снижения требований к обслуживанию средств от защиты коррозии как протекторной, так и катодной.The utility model relates to floating offshore structures and can be used for ships, ships, as well as objects of marine equipment with steel or reinforced concrete hulls and superstructures made of aluminum alloys. The problem solved by the utility model is to increase the efficiency of the long-term operation of a floating marine object with steel hull elements and an aluminum alloy superstructure due to the weakening of corrosion processes while ensuring electrical safety of electrical equipment mounted on a floating object. The problem is solved due to the fact that in a floating marine object containing a hull with steel structural elements, a superstructure mounted on it, the hull structures of which are made of aluminum alloy, the hull and superstructure connection nodes, as well as the electrical equipment located in the hull and the superstructure, nodes mechanical fastening of the hull and superstructure are made with gaskets electrically insulating them from each other. An adjacent insulating surface area of the steel structural elements and body structures of the superstructure is coated with an insulating coating. The device contains at least one additional ground electrode isolated from the housing, made of a metal sheet located below the waterline. To this metal sheet, insulated from the steel structural elements of the housing by a conductor, the body structures of the superstructure are connected. The proposed technical solution for the design of a marine floating facility allows to reduce operating costs for the provision of corrosion protection, including by reducing the requirements for the maintenance of corrosion protection products, both tread and cathodic.

Description

Полезная модель относится к плавучим морским сооружениям и может быть использована для кораблей, судов, а также объектов морской техники с корпусами из стали или железобетона и надстройками, выполненными из алюминиевых сплавов.The utility model relates to floating offshore structures and can be used for ships, ships, as well as objects of marine equipment with steel or reinforced concrete hulls and superstructures made of aluminum alloys.

Известен плавучий морской объект, с корпусом из железобетона - композиционного материала, состоящего из бетона и стальных конструктивных элементов (арматуры) и с железобетонными надстройками (патент РФ №169063).A floating marine object is known, with a housing made of reinforced concrete - a composite material consisting of concrete and steel structural elements (reinforcement) and with reinforced concrete superstructures (RF patent No. 169063).

В соответствии с нормативными требованиями на морских объектах металлические части корпуса должны иметь надежное электрическое соединение (заземление) с наружной металлической обшивкой (Российский морской регистр судоходства, часть XI, п. 1.2.1). Поскольку железобетонный корпус является, по существу, электрически непроводящим, то для его заземления используется специальный медный лист площадью не менее 0,5 м² и толщиной не менее 2 мм, прикрепленный к наружной обшивке на уровне ниже ватерлинии при наименьшей осадке (Российский морской регистр судоходства, часть XI, п. 2.6.4.3).In accordance with regulatory requirements at offshore facilities, the metal parts of the hull must have a reliable electrical connection (grounding) with the outer metal casing (Russian Maritime Register of Shipping, part XI, paragraph 1.2.1). Since the reinforced concrete casing is essentially electrically non-conductive, a special copper sheet with an area of at least 0.5 m ² and a thickness of at least 2 mm attached to the outer casing at a level below the waterline with the least draft is used to ground it (Russian Maritime Register of Shipping , part XI, paragraph 2.6.4.3).

Большая масса железобетонной настройки обуславливает повышенные требования к жесткости и несущей способности корпуса, что приводит к увеличению материалоемкости и снижению подвижности морского объекта в целом.The large mass of reinforced concrete settings leads to increased requirements for stiffness and bearing capacity of the hull, which leads to an increase in material consumption and a decrease in the mobility of the marine object as a whole.

Уменьшение массы плавучего морского объекта может быть обеспечено при выполнении надстроек из алюминиевых сплавов. При этом возникает необходимость установки этих надстроек на закладных деталях - специальных стальных конструкциях, связанных со стальной арматурой железобетонного корпуса. Для такого соединения используются биметаллических вставки, описанные, например, в патенте РФ №1672711. Однако это техническое решение ограничивает срок эксплуатации плавучего морского объекта из-за усиленных коррозионных процессов, возникающих при увлажнении надстройки и корпуса при волнении моря и выпадении осадков, а также при конденсации влаги и тумана в дисперсном слое над поверхностью воды. Указанный эффект связан с тем, что сопряженные участки корпусных конструкций, а именно: надстройка, выполненная из алюминиевого сплава, и металлические конструкции корпуса, выполненные из стали, при их увлажнении оказываются в проводящей среде или под проводящей пленкой. При этом на сопряженных смоченных участках корпусных конструкций, выполненных из металлов, имеющих различающиеся по величине электродные потенциалы (для стали и алюминия соответственно -0.75 В и -0.47 В), возникает контактная коррозия. Для этого вида коррозии характерны резкая дифференциация участков металлических поверхностей на анодные и катодные зоны и ярко выраженная зависимость скорости коррозионных разрушений от удаления рассматриваемого участка до границы разнородных металлов [Иоссель, Ю.Я. Расчет и моделирование контактной коррозии судовых конструкций. / Ю.Я. Иоссель, Г.Э. Кленов, Р.А. Павловский - Ленинград. - Судостроение, 1979]. При этом преимущественно происходит коррозионное разрушение корпусных конструкций надстройки, которые являются анодом в рассматриваемой двухэлектродной гальванической системе.A decrease in the mass of a floating marine object can be achieved by carrying out superstructures made of aluminum alloys. At the same time, it becomes necessary to install these add-ons on embedded parts - special steel structures associated with the steel reinforcement of the reinforced concrete casing. For such a connection, bimetallic inserts are used, as described, for example, in RF patent No. 1672711. However, this technical solution limits the life of a floating marine object due to increased corrosion processes that occur when the add-in and hull are wetted during sea waves and precipitation, as well as when moisture and fog condense in the dispersed layer above the surface of the water. This effect is due to the fact that the conjugate sections of the hull structures, namely: the superstructure made of aluminum alloy, and the metal hull structures made of steel, when wetted, are in a conductive medium or under a conductive film. At the same time, contact corrosion occurs on the mating wetted sections of the body structures made of metals with electrode potentials differing in magnitude (for steel and aluminum, respectively, –0.75 V and –0.47 V). This type of corrosion is characterized by a sharp differentiation of sections of metal surfaces into anode and cathode zones and a pronounced dependence of the rate of corrosion damage on the removal of the considered section to the boundary of dissimilar metals [Iossel, Yu.Ya. Calculation and modeling of contact corrosion of ship structures. / Yu.Ya. Yossel, G.E. Klenov, R.A. Pavlovsky - Leningrad. - Shipbuilding, 1979]. In this case, corrosion destruction of the body structures of the superstructure, which are the anode in the considered two-electrode galvanic system, mainly occurs.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является плавучий морской объект, содержащий корпус со стальными корпусными конструкциями, надстройку, выполненную из алюминиевого сплава, и узел крепления корпуса с надстройкой (патент РФ 64588).The closest set of essential features to the claimed utility model is a floating marine object containing a hull with steel hull structures, an add-in made of aluminum alloy, and an attachment point for the hull with an add-on (RF patent 64588).

На этом морском объекте, как и на всех стальных судах с надстройками из алюминиевых сплавов, заземлителем являются стальные корпусные конструкции обшивки, непосредственно контактирующие с забортной водой, а соединения корпусных конструкций надстроек со стальными конструкциями корпуса выполнены через упомянутые выше биметаллические вставки. Биметаллические вставки электрически соединяют корпусные конструкции корпуса и надстройки и обеспечивают уравнивание потенциалов, необходимое в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок 7-е издание 2002 г., Санкт-Петербург) по обеспечению электробезопасности размещаемого оборудования (см. раздел 1, рисунок 1.7.7).At this offshore facility, as with all steel vessels with superstructures made of aluminum alloys, the earthing switch is steel hull cladding structures directly in contact with sea water, and the hull structures of superstructures are connected to steel hull structures through the aforementioned bimetallic inserts. Bimetallic inserts electrically connect the hull structure of the hull and the superstructure and provide equalization of potentials required in accordance with the requirements of the Electrical Installation Code (Electrical Installation Rules 7th edition 2002, St. Petersburg) to ensure electrical safety of the equipment being placed (see section 1, Figure 1.7. 7).

Однако и этому морскому объекту присущи недостатки, заключающиеся в ограничении срока его эксплуатации при увлажнении корпуса с нижней частью надстроек. Это происходит из-за контактной коррозии, которая связана с электрохимическими процессами между двумя электрически соединенными разнородными металлами в среде морской воды, содержащей большое количество растворенных солей, обуславливающих ее электрическую проводимость. При этом также имеет место процесс образования электропроводящей солевой пленки на электрически разъединяемых корпусных конструкциях из стали и алюминиевых сплавов. Электропроводящая пленка приводит к повышению электрической проводимости между конструкциями корпуса и надстройки, а соответственно к усилению коррозионных процессов и повышенному коррозионному разрушению корпусных конструкций надстройки.However, this marine object also has drawbacks consisting in limiting the term of its operation when the hull is moistened with the lower part of the superstructures. This is due to contact corrosion, which is associated with electrochemical processes between two electrically connected dissimilar metals in an environment of sea water containing a large amount of dissolved salts, causing its electrical conductivity. In this case, there is also a process of formation of an electrically conductive salt film on electrically separable hull structures of steel and aluminum alloys. The electrically conductive film leads to an increase in electrical conductivity between the structures of the hull and the superstructure, and, accordingly, to an increase in the corrosion processes and increased corrosion destruction of the hull structures of the superstructure.

Указанные обстоятельства в целом ограничивают эффективность длительной эксплуатации известного морского объекта, так как требуют специальных конструктивных и организационных мероприятий по обеспечению противокоррозионной защиты, а электрическое разъединение стального корпуса и надстройки, выполненной из алюминиевых сплавов недопустимо с точки зрения обеспечения электробезопасности размещенного в них электрооборудования.These circumstances generally limit the effectiveness of the long-term operation of a well-known offshore facility, as they require special structural and organizational measures to ensure corrosion protection, and the electrical separation of the steel body and the superstructure made of aluminum alloys is unacceptable from the point of view of ensuring electrical safety of the electrical equipment located in them.

Задача, решаемая полезной моделью - повышение эффективности длительной эксплуатации плавучего морского объекта со стальными элементами корпуса и надстройкой из алюминиевых сплавов за счет уменьшения интенсивности коррозионных процессов при обеспечении электробезопасности смонтированного на плавучем объекте электрооборудования.The problem solved by the utility model is to increase the efficiency of long-term operation of a floating marine object with steel hull elements and a superstructure of aluminum alloys by reducing the intensity of corrosion processes while ensuring electrical safety of electrical equipment mounted on a floating object.

Поставленная задача решается за счет того, что плавучий морской объект, содержащий корпус со стальными конструктивными элементами и закрепленную на нем надстройку, корпусные конструкции которой выполнены из алюминиевого сплава, узлы механического крепления корпуса с надстройкой и электрооборудование, размещенное в корпусе и надстройке, имеет следующие отличия - надстройка закреплена на корпусе через электрически изолирующие прокладки, а ее корпусные конструкции подключены изолированным от стальных конструктивных элементов корпуса проводником по меньшей мере к одному изолированному от корпуса металлическому листу, расположенному ниже ватерлинии.The problem is solved due to the fact that a floating marine object containing a hull with steel structural elements and a superstructure mounted on it, the hull structures of which are made of aluminum alloy, the mechanical fastening parts of the hull with a superstructure and the electrical equipment located in the hull and superstructure have the following differences - the superstructure is fixed to the housing through electrically insulating gaskets, and its hull structures are connected isolated from the steel structural elements of the housing a conductor to at least one metal sheet insulated from the housing located below the waterline.

Кроме того, на прилежащие к ним смежные участки поверхности стальных конструктивных элементов и корпусных конструкций надстройки нанесено электроизолирующее покрытие.In addition, an adjacent insulating surface area of the steel structural elements and body structures of the superstructure is coated with an insulating coating.

Указанный технический результат обеспечивается только при совокупности отличительных признаков.The specified technical result is provided only with a combination of distinctive features.

Так использование только одного электрического разъединения корпусных конструкций надстройки и корпуса электроизолирующими прокладками без уравнивания потенциалов недопустимо с точки зрения электробезопасности.So the use of only one electrical separation of the hull structures of the superstructure and the hull with insulating gaskets without equalizing the potentials is unacceptable from the point of view of electrical safety.

Заземление корпусных конструкций надстройки металлическим листом, изолированным от корпуса плавучего сооружения, если отсутствует электрическое разъединение их с корпусом плавучего объекта, не имеет технического смысла, так как не влияет на функционирование гальванической пары, обуславливающей коррозионные процессыThe grounding of the body structures of the superstructure with a metal sheet isolated from the body of the floating structure, if there is no electrical disconnection from the body of the floating object, has no technical meaning, since it does not affect the functioning of the galvanic couple that causes corrosion processes

Аналогично, использование изолирующего покрытия узла соединения корпусных конструкций надстроек со стальными конструкциями корпуса с упомянутыми выше биметаллическими вставки также не влияет на образование гальванической пары, обуславливающей коррозионные процессы.Similarly, the use of an insulating coating for the connection node of the hull structures of superstructures with the steel structures of the hull with the aforementioned bimetallic inserts also does not affect the formation of a galvanic pair that causes corrosion processes.

Заземление корпусных конструкций надстройки металлическим листом, расположенным ниже ватерлинии, через изолированный от стальных конструктивных элементов корпуса проводник, подключенный к корпусным конструкциям надстройки без использования электроизолирующего покрытия смежных участков поверхности стальных конструктивных элементов и корпусных конструкций надстройки обуславливает шунтирующее влияние проводящей среды, которое недопустимо снижает эффективность защитного действия электрического разъединения из-за высокой проводимости среды между находящимися в непосредственной близости (порядка 0,05-0,3 м) к поверхностями металлических конструкций относительно удаленных участков их поверхностей, особенно в условиях воздействия солевых пленок.The grounding of the body structures of the superstructure with a metal sheet located below the waterline through a conductor connected to the body structures of the superstructure without the use of an electrically insulating coating of adjacent surface sections of the steel structural elements and the body structures of the superstructure causes a shunt effect of the conductive medium, which unacceptably reduces the effectiveness of the protective electrical disconnect due to high wire the properties of the medium between those in close proximity (of the order of 0.05-0.3 m) to the surfaces of metal structures relative to remote sections of their surfaces, especially under the influence of salt films.

Таким образом, указанный выше технический результат достигается только при сочетании указанных признаков, характеризующих полезную модельThus, the above technical result is achieved only by combining the above features characterizing a utility model

Указанное исполнение плавучего морского объекта в целом обеспечивает повышение эффективности его эксплуатации за счет увеличения коррозионной стойкости надстройки при обеспечении электробезопасности размещаемого на объекте электрооборудования.The specified design of a floating marine facility as a whole provides an increase in the efficiency of its operation by increasing the corrosion resistance of the superstructure while ensuring electrical safety of the electrical equipment installed at the facility.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком, где на фиг. 1 плавучий морской объект, на фиг. 2 - узел крепления его корпуса и надстройки, на фиг. 3 - график зависимости сопротивления растекания электрического тока забортного заземлителя в забортной среде. Плавучий морской объект конструктивно выполнен составным - содержит корпус 1 со стальными конструктивными элементами 2 и закрепленную на нем узлами механического крепления 3 надстройку 4, корпусные конструкции которой выполнены из алюминиевого сплава. В помещениях корпуса 1 и надстройки 4, размещено электрооборудование 5, состав которого определяется назначением объекта. Узлы механического крепления 3 выполнены с электрически изолирующими надстройку 4 от корпуса 1 прокладками 6. На узлы механического крепления 3 а также, по меньшей мере, на прилежащие к ним смежные участки поверхности стальных конструктивных элементов 2 и корпусных конструкций надстройки 4 нанесено электроизолирующее покрытие 7. Плавучий морской объект содержит по меньшей мере один, дополнительный изолированный от корпуса заземлитель 8, выполненный из металлического листа, расположенного ниже ватерлинии, к которому, изолированным от стальных конструктивных элементов 2 корпуса 1 проводником 9, подключены корпусные конструкции надстройки 4.The essence of the proposed utility model is illustrated in the figure, where in FIG. 1 floating marine object, in FIG. 2 - assembly unit for its body and superstructure, in FIG. 3 is a graph of the spreading resistance of an electric current of an outboard ground electrode system in an outboard environment. The floating marine object is structurally made integral - comprises a housing 1 with steel structural elements 2 and a superstructure 4 fixed to it by mechanical fastening units 3, the hull structures of which are made of aluminum alloy. In the premises of building 1 and superstructure 4, electrical equipment 5 is located, the composition of which is determined by the purpose of the object. The mechanical fastening nodes 3 are made with the gaskets 6 electrically insulating the superstructure 4 from the body 1. The electrical fastening nodes 3 and at least adjacent adjacent surface sections of the steel structural elements 2 and the body structures of the superstructure 4 are coated with an insulating coating 7. Floating the marine object contains at least one additional ground electrode 8 isolated from the hull, made of a metal sheet located below the waterline, to which, isolated from steel of structural elements 2 of the housing 1 by the conductor 9, the hull structures of the superstructure 4 are connected.

При реализации заявленного технического решения на железобетонных плавучих доках, дебаркадерах и тому подобных морских плавучих объектов с надстройками и сооружениями из алюминиевых сплавов, уравнивание потенциалов, предусмотренное действующими нормами ПУЭ, реализуется на плавучем морском объекте контактом через расположенные в морской воде заземлитель 8 и стальные конструктивные элементы 2 (в том числе наружную обшивку корпуса 1) и электрическую проводимость воды. Разность потенциалов разъединенных корпусных конструкций при этом не оказывает отрицательного влияния на электробезопасность плавучего морского объекта, так как не превосходит долей вольта, а за счет узла электрического разъединения металлических конструкций корпуса 1 и надстройки 4, гальванические токи оказываются предельно уменьшенными до величин, не вызывающих усиленных процессов электрохимической коррозии.When implementing the claimed technical solution on reinforced concrete floating docks, landing stages and similar marine floating objects with superstructures and structures made of aluminum alloys, equalization of potentials, provided for by the current standards of PUE, is realized on a floating marine object by contact through earthing switch 8 and steel structural elements located in sea water 2 (including the outer skin of the housing 1) and the electrical conductivity of water. The potential difference of the disconnected hull structures in this case does not adversely affect the electrical safety of a floating marine object, since it does not exceed a fraction of a volt, and due to the electrical separation unit of the metal structures of hull 1 and superstructure 4, galvanic currents are extremely reduced to values that do not cause amplified processes electrochemical corrosion.

Расчетная оценка электрического сопротивления устройств, заземляющих корпусные конструкции, была произведена с использованием метода конечных элементов в программном пакете COMSOL Multiphysics версии 5.3а. Из графика, приведенного на фиг. 3, видно, что даже при минимальной солености воды электрическое сопротивление между надстройкой и стальными конструкциями (наружной обшивкой) корпуса не превосходит величины порядка 3 Ом. Эта величина лежит в пределах допуска, регламентированного п. 1.7.104 ПУЭ, согласно которому, с точки зрения электробезопасности не требуется принимать во внимание значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом.A calculated estimate of the electrical resistance of devices grounding enclosures was made using the finite element method in the COMSOL Multiphysics software package version 5.3a. From the graph of FIG. 3, it can be seen that even with minimal salinity of the water, the electrical resistance between the superstructure and the steel structures (outer skin) of the hull does not exceed a value of the order of 3 Ohms. This value lies within the tolerance regulated by clause 1.7.104 of the EMP, according to which, from the point of view of electrical safety, it is not necessary to take into account the value of the resistance of the grounding device less than 4 Ohms.

Предлагаемое техническое решение конструкции морского плавучего объекта позволяет сократить эксплуатационные расходы на обеспечение противокоррозионной защиты объекта, в том числе и за счет снижения требований к обслуживанию таких средств защиты от коррозии, как протекторная и катодная защита.The proposed technical solution for the design of a marine floating facility allows to reduce operating costs for the provision of anticorrosive protection of the facility, including by reducing maintenance requirements for such corrosion protection means as tread and cathodic protection.

Claims

1. A floating marine object containing a hull with steel structural elements and a superstructure mounted on it, the hull structures of which are made of aluminum alloy, the mechanical fastening units of the hull with a superstructure and electrical equipment located in the hull and superstructure, characterized in that the superstructure is fixed to the hull through electrically insulating gaskets, and its hull structures are connected by a conductor insulated from steel structural elements of the housing to at least one insulated metal sheet located below the waterline.

2. The device according to claim 1, characterized in that an insulating coating is applied to the attachment points of the housing with the superstructure, as well as adjacent adjacent sections of the surface of the steel structural elements and the body structures of the superstructure.