RU223623U1 - Пропульсивный комплекс буксира автомата - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована при строительстве автономных судов вспомогательного флота для осуществления морских маневров, в том числе в условиях безэкипажного судовождения. Технический результат полезной модели заключается в обеспечение безопасного и быстрого выполнения морских маневров и швартовных операций при осуществлении автономного управления азимутальных буксиров-автоматов. Проблема решается, а технический результат достигается тем, что пропульсивный комплекс буксира автомата, характеризующийся наличием двух винторулевых колонок, расположенных в диаметральной плоскости буксира автомата и плоскогоризонтальной килевой конструкции, при этом ширина горизонтального киля соответствует ширине буксира, расстояние между днищевой частью судна и верхней плоскостью горизонтальной части килевой конструкции обеспечивают нормальный тяговый поток и регламентируются диаметром винта, а швартовка буксира автомата осуществляется за счет использования электромагнитного швартовного устройства. Электромагнитное швартовное устройство содержит корпус, на одной из сторон которого установлены отдельные электромагниты, а на другой его стороне – крепежный узел приводного троса, при этом устройство снабжено кабелем и центрирующим кольцом, предназначенным для посадки в кольцевое седло буксира.

Description

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована при строительстве автономных судов вспомогательного флота для осуществления морских маневров, в том числе в условиях безэкипажного судовождения.

Из существующего уровня техники известна конструкция пропульсивной системы судов на основе гребного винта регулируемого шага (МПК В63Н 3/00, В63В 59/00, патент RU 2066659, номер заявки 93039218/11, дата подачи заявки 30.07.1993, ГРЕБНОЙ ВИНТ РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА, авторы Кузьмин Ю.Л., Устинов В.П., Клементьев С.Ю., Крылов Ю.М., патентообладатель ЦНИИ конструкционных материалов "Прометей"), содержащая гребной винт со ступицей и поворотными лопастями, приводимый в движение первичным тепловым двигателем. Разворот поворотных лопастей на ступице гребного винта позволяет осуществлять регулирование упора, создаваемого гребным винтом. Достоинством такой конструкции пропульсивной установки является прямая передача энергии от теплового первичного двигателя ступице гребного винта и возможность регулирования упора гребного винта разворотом лопастей без изменения частоты вращения первичного теплового двигателя.

Недостатком известной конструкции является небольшой диапазон регулирования скорости судна, низкая энергетическая эффективность, а также сложная кинематическая схема управления разворотом лопастей гребного винта.

Известна конструкция электрической пропульсивной системы для судов (МПК В63Н 23/24, В63Н 21/17, патент CN 101857082 (А), номер заявки CN 20101162739 20100401, 13.10.2010, MASANORI ITO; HIROSHI SATO, Electric propultion systemforships), содержащая тепловой двигатель, синхронный генератор, к обмотке которого подсоединен электрический преобразователь, работающий на гребной электродвигатель, с которым механически соединен гребной винт. Достоинством такой электроэнергетической системы является широкий диапазон регулирования частоты вращения, а также возможность оптимального размещения оборудования на судне.

Недостатком известной электрической передачи является то, что все элементы данной последовательной структуры, во-первых, должны быть выполнены на полную мощность энергетической установки, а во-вторых, каждый из этих элементов имеет свой КПД, в результате чего общий КПД всей системы будет определяться как произведение КПД отдельных элементов рассматриваемой структуры. Также следует отметить низкую энергетическую эффективность установки на полном ходу судна. К недостаткам такой пропульсивной системы могут быть отнесены большие габариты и масса оборудования электрической передачи.

Известны способ и устройство для управления судном (МПК В63Н 5/08, В63Н 25/42, патент RU 2342282 (A), номер заявки 2005134950/11, 13.04.2004, КОРХОНЕН ВЕСА, ПАКАСТЕ РИСТО, РУО-ХОНЕН АНТТИ и др. Способ и устройство для управления судном.), которое состоит из главного и управляющего гребного винта, установленных на одной продольной линии судна. Гребные винты в нормальном режиме вращаются в противоположных направлениях (соосные гребные винты противоположного вращения). Достоинством такой системы является повышение надежности и увеличение эффективности работы движительного комплекса.

Недостатком известного устройства является сложная конструкция пропульсивной установки, необходимость соосного размещения гребных винтов, наличие большого количества элементов пропульсивного комплекса. К недостаткам известного устройства может быть отнесено и наличие сложного редуктора, передающего энергию от главных тепловых двигателей к главному гребному винту.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является RU217176U1 опубл. 21.03.2023. Относится к области судостроения и может быть использована при строительстве автономных судов вспомогательного флота для осуществления морских маневров. Недостатками данного технического решения являются: Для достижения всех необходимых маневровых характеристик в автономном режиме необходимо расположение винторулевых колонок в диаметральной плоскости судна.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков.

Технический результат заключается в обеспечение безопасного и быстрого выполнения морских маневров и швартовных операций при осуществлении автономного управления азимутальных буксиров-автоматов.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что пропульсивный комплекс буксира автомата характеризуется наличием двух винторулевых колонок расположенных в диаметральной плоскости буксира автомата и плоскогоризонтальной килевой конструкции, при этом ширина горизонтального киля соответствует ширине буксира, расстояние между днищевой частью судна и верхней плоскостью горизонтальной части килевой конструкции обеспечивают нормальный тяговый поток и регламентируются диаметром винта, а швартовка буксира автомата осуществляется за счет использования электромагнитного швартовного устройства.

Электромагнитное швартовное устройство содержит корпус, на одной из сторон которого установлены отдельные электромагниты, а на другой его стороне - крепежный узел приводного троса при этом устройство снабжено кабелем и центрирующим кольцом, предназначенным для посадки в кольцевое седло буксира.

1. Позиционирование подвижных объектов осуществляется комплектом бортового оборудования технических средств высокоточной проводки (ТСВП), который обеспечивает высокоточное отображение текущей навигационной обстановки на подходах и в непосредственной близости от грузового терминала;

2. Определение продольного и поперечного смещения корпуса судна относительно причальной линии осуществляется с помощью системы высокоточного мониторинга швартовых операций (СМШО);

3. Высокоточный мониторинг метеорологической обстановки с использованием полей ветра, течения и волны в реальном времени за счет сети автономных гидрометеорологических буйковых станций (АГБС).

Данные три технических решения объединены функционирующей авторской технологией двух опорных точек (Т2ОТ). Технология Т2ОТ является основой автоматизации процесса захода любого транспортного судна в порт:

1) подход к якорной стоянке;

2) лоцманская проводка;

3) швартовка;

4) мониторинг стоянки торгового судна у причала морского терминала;

5) отход или подход к причалу морского терминала;

6) раскантовка судна;

7) подход к судну на ходу.

Для обеспечения увеличения судоходства в портах, сокращения простоя и использование причальных мощностей более эффективно, необходима оптимизация морской зоны портовой инфраструктуры с помощью внедрения принципиально нового типа судна вспомогательного флота.

Версия Роботизированного Азимутального буксира-автомата (далее - АБА) отличается от существующих современных версий буксирных судов и от распространённых классических разновидностей судов в целом. Основные отличительные черты разработки, заложенные в проект АБА.

Обеспечивается:

1.ВРК в ДП для достижения высоких маневровых характеристик, в особенности, при движении лагом;

2.Специальная килевая конструкция (плоский/горизонтальный киль) для обеспечения остойчивости, в особенности, при движении лагом и «жесткой сцепки» бортом;

3.Автоматическое швартовое устройство для жесткой сцепки;

4. Комплект оборудования для обеспечения высокоточного судовождения АБА.

Информационный перечень для общего описания АБА:

1. Длина наибольшая, м (не более) - 20

2. Ширина, м (не более) - 10

3. Высота борта выше ватерлинии, м - 1

4. Осадка, м (не более) - 3,5

5. Мощность главных двигателей (не менее), кВт - 2×600

6. Тяговое усилие на переднем ходу, т - от 20

7. Тяговое усилие на заднем ходу, т - от 20

8. Экипаж, чел. - На борту отсутствует

Крепление горизонтального киля должно быть осуществлено не сварным соединением. Ширина горизонтального киля должна соответствовать ширине буксира, а крепление осуществляться строго в ДП. Расстояние между днищевой частью судна и верхней плоскостью горизонтальной части килевой конструкции должны обеспечивать нормальный тяговый поток и регламентироваться диаметром винта.

АБА не оснащено системами пожаротушения, ликвидации разливов нефти, мусора, а также спасения людей.

Автономность и дальность плавания:

1. Автономность судна - до суток.

2. Дальность плавания - портовая акватория.

В случае выхода из строя главных движителей АБА возвращается в убежище с помощью аварийной системы на основе водомета.

Буксир-автомат представляет собой водоизмещающее судно с развитым килем и двумя поворотными колонками, расположенными в диаметральной плоскости. Киль буксира выполнен из двух элементов: вертикального киля и горизонтального киля, который служит как узел компенсации качек и дополнительного упора.

Имитационное→моделировани→движения→стаи→АБА→в морской среде проводилось на тренажере Transas NaviTrainer Professional 5000.

Испытания управления движением АБА проводились в Береговом Учебно Тренажерном Центре (БУТЦ), в бассейне 40×20 м. Все измерения приведены к эквиваленту размера реального буксира для дистанций до 500 м.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг. 1 - Общий вид буксира-автомата;

На фиг.2 - Горизонтальный» киль;

На фиг. 3 - Схема распределения сил в «горизонтальном» киле;

На фиг. 4 - Значения тяги гребного винта на швартовых при различной угловой скорости вращения;

На фиг. 5 - Значения времени разгона буксира при различной угловой скорости вращения гребного винта;

На фиг. 6 - Значения времени разгона комплекса при различной угловой скорости вращения гребных винтов буксиров;

На фиг. 7 - Значение безразмерной продольной силы на корпусе буксира;

На фиг. 8 - Расчет времени разгона со скорости 0,1 м/с;

На фиг. 9 - Траектории движения буксира;

На фиг. 10 - Движение стаи АБА по траектории, подход к грузовому судну со стороны носа;

На фиг. 11 - Движение стаи АБА по траектории, подход к грузовому судну со стороны кормы;

На фиг. 12 - Движение стаи АБА в «жесткой сцепке» с грузовым судном;

На фиг. 13 - Движение стаи АБА в «жесткой сцепке» с грузовым судном вид сверху;

На фиг. 14 - Движение стаи АБА в «жесткой сцепке» с грузовым судном вид снизу;

На фиг. 15 - Швартовка грузового судна к терминалу, с использованием стаи АБА;

На фиг. 16 - Движение стаи АБА по траектории в тестовом бассейне. С зеленой палубой - «вожак» стаи;

На фиг. 17 - Прямолинейное движение стаи АБА в «жесткой сцепке» с макетом грузового судна;

На фиг. 18 - Раскантовка макета грузового судна;

На фиг. 19 - Швартовка макета грузового судна (тяговое усилие направлено к судну);

На фиг. 20 - Отход от причала макета грузового судна (тяговое усилие на оттяжку);

На фиг. 21 - Имитация движения жидкости 1;

На фиг. 22 - Имитация движения жидкости 2;

На фиг. 23 - Имитация изменения давления 1;

На фиг. 24 - Имитация изменения давления 2;

На фиг. 25 - Имитация изменения давления 3;

На фиг.26 - Имитация статики;

На фиг. 27 - Зависимости сил и моментов от веса килевой конструкции;

На фиг. 28 - Кривая буксировочного сопротивления модели буксира;

На фиг. 29 - Выход АБА из порта укрытия;

На фиг. 30 - Подход 4 АБА к грузовому судну;

На фиг. 31 - Эскорт 4-х АБА грузового судна;

На фиг. 32 - Раскантовка грузового судна 4-мя АБА;

На фиг. 32 - Раскантовка грузового судна 4-мя АБА;

На фиг. 33 - Действие ВРК в зависимости от угла ее перекладки и режима работы винта;

На фиг. 34 - Общее векторное описание при развороте ВРК под углом.

В зависимости от длины грузового судна необходимо использовать «группу» азимутальных буксиров-автоматов из определенного количества АБА. Это подтверждается расчетной частью, изложенной на фиг. 10-20. Полученные результаты, отраженных на фиг. 4-20, свидетельствуют о нормальной управляемости буксира-автомата, при этом четко видно, что для проведения морских операций с судном более 300 м, как это было в эксперименте, 4-х единиц АБА недостаточно, такая группа справится с судного типа «Афромакс», на что указывают результаты.

Расчеты описывают зависимости усилий от разных мощностей, что указывает на необходимость оснащения АБА исполнительными органами 600 кВт каждая минимум. Из гидродинамических экспериментов видно, что для эффективного выполнения работы буксиров-автоматов, а также уже из сложившейся практики, которая обеспечивает безопасность мореплавания, необходимо осуществлять подход к грузовому судну, которое на ходу для последующего эскорта.

Работает следующим образом:

Алгоритмизация процесса движения группы АБА (азимутальные буксиры-автоматы) во время морских маневров отличается от классических буксиров для выполнения операций по:

Эскортированию;

Раскантовке;

Швартовке-подходу к грузовому судну.

Данное отличие связанно не только с тем, что движение АБА выполняется посредством дистанционного управления и автономного движения, но и из-за технических (технологических) решений, таких как:

Килевая конструкция - «горизонтальный» киль;

Электромагнитное швартовное устройство (ЭМШУ);

Две винторулевых колонки (ВРК) в диаметральной плоскости (ДП) буксира автомата;

Конструктивно идентичные бак и корма.

Дистанционное управление АБА выполняется после сцепки с грузовым судном всех АБА группы, а до этого момента буксиры-автоматы движутся автономно.

Согласно испытаниям моделей в бассейне и имитаций на тренажере были зафиксированы результаты, подтверждающие гидродинамические эксперименты, указывающие на хорошее удержание курса АБА, а при выполнении морских маневров совместно с грузовым судном в группе или единично, подвергается эффектам крена и качки за счет килевой конструкции минимально, а благодаря расположенных ВРК в ДП достигают высоких маневровых характеристик, что так же отмечалось ранее.

Компьютерные имитации продемонстрировали перемещение потоков жидкости без высоких потерь во времени, что свидетельствуют скриншоты на фиг. 21-22, при этом, судя по векторам, килевая конструкция «цепляется» за поток, что и позволяет компенсировать качки.

Спектральные карты разницы давлений, отраженных на фиг. 23-25, описывают плавные перепады, что является нормой и свидетельствует о правильных обводах, позволяющих использовать корпус для достижения необходимых скоростных характеристик и ускорений, полученных в ходе расчетов и имитаций.

Расчеты, полученные в ходе экспериментов и отраженные на фиг. 3, 27, 28, указывают на достаточную остойчивость и непотопляемость АБА совместно с использованием килевой конструкцией. Кроме того, прочностной имитационный эксперимент подтверждает возможность применения киля буксира-автомата как вспомогательного упора (фиг. 26). Напряжение распределяется по сетке таким образом, что не оказывает критичного воздействия за счет конструкции так таковой, при условии выдерживания необходимых геометрических пропорций и крепления к днищу АБА.

Claims (2)

1. Пропульсивный комплекс буксира автомата, характеризующийся наличием двух винторулевых колонок, расположенных в диаметральной плоскости буксира автомата и плоскогоризонтальной килевой конструкции, при этом ширина горизонтального киля соответствует ширине буксира, расстояние между днищевой частью судна и верхней плоскостью горизонтальной части килевой конструкции обеспечивают нормальный тяговый поток и регламентирутся диаметром винта, а швартовка буксира автомата осуществляется за счет использования электромагнитного швартовного устройства.

2. Пропульсивный комплекс буксира автомата по п.1, отличающийся тем, что электромагнитное швартовное устройство содержит корпус, на одной из сторон которого установлены отдельные электромагниты, а на другой его стороне – крепежный узел приводного троса, при этом устройство снабжено кабелем и центрирующим кольцом, предназначенным для посадки в кольцевое седло буксира.