Устройство ледокола для разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при проектировании ледоколов и судов ледокольного типа. Устройство содержит корпус с понтонообразной носовой оконечностью с ледорезными средствами и днищевым ледоразводящим клином. Понтонообразная оконечность выполнена в районе ватерлинии с плоским форштевнем. В надводной части носовой оконечности установлен выдвижной кронштейн с навесным ледорезным средством. Носовой участок днища имеет V - образный профиль сечения с ледоразделяющим гребнем. Ледоразводящий клин снабжен выдвижными удлинителями. В скулах корпуса в районе V - образного днища размещены выдвижные ледоотводящие закрылки. Данное изобретение направлено на повышение эффективности работы ледокола, путем создания устройств повышения ледопроходимости и снижения затрат мощности на разрушение льда. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано, например, при проектировании ледоколов и судов ледокольного типа.

Известны ледоколы отечественные, в том числе, атомоходы, и ледоколы зарубежных стран (В.И. Каштелян и др. "Ледоколы", Л., 1972, стр. 8...28 и 29... 44), снабженные носовой ложкообразной оконечностью. Их недостатком является неизбежность непроизводительных расходов энергии на ненужное дробление льда, преодоление силы трения бортов об лед, раздвижение ледяных полей и т.п. Эти недостатки вынуждают при увеличении толщины льда двигаться неравномерно - "наскоками" с реверсами и контрреверсами, каждый раз углубляясь в ледяное поле на ограниченное расстояние. Выходом из положения является увеличение мощности и запасов топлива, что в районах Арктики доступно только атомоходам.

Известно также устройство плоской понтонообразной носовой оконечности ледокольного судна (патент СССР N 1308188, 82 г. и патент SU N 1612995, 87 г. ), исключающее дробление льда и уменьшающее сопротивление трения бортов о лед. Такое устройство создает одновременное равномерное распределение нагрузки по всей ширине корпуса ледокольного судна, что ограничивает толщину преодолеваемого льда и делает способ неэффективным в районах Арктики.

Известно также устройство понтонообразной носовой оконечности, взятое за прототип, содержащее боковые ребра, несущие ледодробящие или ледорежущие средства (патент RU N 2062245).

Недостатком этого устройства является отсутствие высокопроизводительных средств разрушения льда движущимся ледоколом. Кроме того, использование движущихся средств механического разрушения льда увеличивает сопротивление сил трения движению ледокола вплоть до их заклинивания и поломки, а при толщинах льда, характерных для Арктики, их применение нецелесообразно.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы ледокола путем создания устройств повышения ледопроходимости и снижения затрат мощности на разрушение льда.

Для достижения данного технического результата понтонообразная оконечность выполнена в районе ватерлинии с плоским форштевнем, а в надводной части носовой оконечности установлен выдвижной кронштейн с навесным ледорезным средством, при этом, носовой участок днища имеет V-образный профиль сечения с ледоразделяющим гребнем, а ледоразводящий клин снабжен выдвижными удлинителями, при этом в скулах корпуса в районе V-образного днища размещены выдвижные ледоотводящие закрылки, продлевающие как бы плоскости днища.

Кроме того, под верхней палубой носовой оконечности перед портиками, защищенными крышками, установлены гидромониторы с системами управления, а у бортов на амортизированных фундаментах размещены лазерные установки, содержащие излучатели, блоки газо-, водо-, электропитания, оптику, системы управления и оптические лазерные резаки, причем последние установлены на выдвижных из корпуса в стороны от диаметральной плоскости конструкциях и защищены от внешних воздействий.

Кроме того, ледокол оборудован системой водяной смазки, которая снабжена коллектором с соплами, при этом сопла установлены на внутренней стороне наклонной плоскости носовой оконечности в районе ее перехода в днище и соединены с ее наружной поверхностью сквозными отверстиями.

Кроме того, на внутренней стороне носовой оконечности и V-образного участка днища установлена проточная цистерна с нагревательными элементами и соединена приемным трубопроводом с отливной частью системы охлаждения энергетической установки, а напорным трубопроводом - с распределительным коллектором гидромониторов и системой водяной смазки.

Изобретение поясняется чертежами, На фиг. 1 показаны основные элементы устройств для ослабления и разрушения льда.

На фиг. 2 изображены схемы разрушения льда описываемыми устройствами.

На фиг. 3 представлены схемы обработки льда лазерными и водяными устройствами.

На фиг. 4 пояснена схема устройства транспортировки льда под ледовые берега канала.

На носовой оконечности 1 установлен в районе ватерлинии плоский форштевень 2, а за портиками под верхней палубой размещены гидромониторы: бортовые 3 и носовые 4, а в диаметральной плоскости размещен выдвижной кронштейн 5 с подвесом 6, на нижнем конце которого подвижно закреплено за один конец навесное ледорезное и ледоудаляющее средство 7 со сменной рабочей частью, причем режущие элементы 8 средства имеют ковшеобразную форму с заостренными кромками, обеспечивающими образование V-образного углубления. По бортам ледокола под верхней палубой в носу размещены на амортизаторных фундаментах лазерные установки (на фиг. 1 не показаны), а их оптические лазерные резаки 9 при работе выдвинуты из корпуса на величину, обеспечивающую заданную ширину создаваемого во льду канала. Следующая за форштевнем часть наклонного участка 10 выполнена плоской в поперечном и волнообразной в продольном сечениях и в нижней части снабжена рядом отверстий 11 для прохода горячей воды, играющей роль смазки, на внешнюю, соприкасающуюся со льдом поверхность.

Наклонная поверхность плавно переходит в днище V-образного сечения 12 с ледоразделяющим гребнем 13, а в скулах корпуса установлены выдвижные ледоотводящие закрылки 14 с гидроприводами, размещенными внутри корпуса (не показаны), при этом ледоразводящий клин 15 имеет телескопическую конструкцию и снабжен выдвижными секциями - удлинителями 16 вертикальных плоскостей клина.

Устройства разрушения льда работают следующим образом. В исходном положении при движении ледокола по чистой воде или при слабом ледовом покрытии все выдвижные устройства убраны, портики закрыты. При прокладывании канала в ледовом массиве все выдвижные средства: кронштейн 5 с подвесом 6 и навесным ледорезным средством 8, оптические лазерные резаки 9, выдвижные ледоотводящие закрылки 14 и выдвижные ледоразводящие удлинители 16 выдвинуты в рабочее положение; проточная цистерна соединена с отливной частью системы охлаждения энергетической установки и с напорными коллекторами гидромониторов и системы смазки; включены нагревательные элементы цистерны. Гидромониторы 3 и 4 подают горячую воду на лед, лазерные резаки 9 прорезают ослабленный горячей водой лед на требуемую глубину по боковым продольным, а навесное ледорезное средство - по средней линиям предстоящего разлома льда, при этом носовые гидромониторы 4, управляемые автоматически (фиг. 2, 3), подают горячую воду на заднюю поперечную границу обрабатываемого участка.

Окончание предварительного ослабления льда на очередном участке совпадает с началом контакта форштевня 2 с серединой передней кромки льда, созданием на ограниченном участке возрастающего давления, изгибающих ослабленный лед моментов и возрастающих растягивающих напряжений, ведущих к образованию продольных трещин и разрушению льда по продольным направлениям. Дальнейшее продвижение ледокола приводит к контакту с передней кромкой льда всей плоской наклонной поверхности 10 носовой оконечности, возрастающему давлению на кромку льда, созданию изгибающих моментов и растягивающих напряжений, ведущих к образованию поперечных трещин и разрушению льда по дальней границе участка с образованием глыб льда большого объема, скольжению их с притапливанием (фиг. 2 "д", "е" и "ж") по наклонной поверхности 10 с минимальным коэффициентом трения за счет ее волнообразного продольного сечения, соответствующей обработки ее поверхности, исключающей покраску суриком, и "обильной" смазки поверхности горячей водой, подаваемой из системы смазки через отверстия 11. Увлечение льдин под V-образное днище 12 с ледоразделяющим гребнем 13 в районе киля приводит к побортному разделению обломков льда и разведению их с помощью выдвижных ледоотводящих закрылков 14 и выдвижных ледоразводящих удлинителей 16 ледоразводящего клина 15 под ледовые берега создаваемого канала.

Процесс работы устройств является саморегулируемым благодаря наличию естественной обратной связи. Так, с увеличением толщины льда скорость передвижения ледокола уменьшается, а время и, следовательно, глубина ослабления льда увеличиваются, что снижает необходимые усилия для разрушения льда корпусом ледокола.

Предложенные устройства ослабления и разрушения ледяного покрова существенно увеличивают ледопроходимость ледокола и снижают потребляемую мощность.

Указанный эффект достигается за счет совершенствования формы корпуса носовой оконечности, исключающей непроизводительные затраты энергии на дробление и уплотнение льда, на преодоление трения бортов о лед, на раздвижение больших масс льда и т.п., и предварительного ослабления льда, проводимого с учетом его физических свойств и использования опытных данных, в том числе, того, что допустимые растягивающие усилия в 3 раза меньше допустимых сжимающих, а повышение температуры воздуха от отрицательных значений до положительных вдвое понижает прочность ледяного покрова.

Формула изобретения

1. Устройство ледокола для разрушения ледяного покрова, содержащее корпус с понтонообразной носовой оконечностью с ледорезными средствами и днищевым ледоразводящим клином, отличающееся тем, что понтонообразная оконечность выполнена в районе ватерлинии с плоским форштевнем, в надводной части носовой оконечности установлен выдвижной кронштейн с навесным ледорезным средством, при этом носовой участок днища имеет V-образный профиль сечения с ледоразделяющим гребнем, а ледоразводящий клин снабжен выдвижными удлинителями, при этом в скулах корпуса в районе V-образного днища размещены выдвижные ледоотводящие закрылки.

2. Устройство ледокола по п.1, отличающееся тем, что под верхней палубой носовой оконечности перед портиками, защищенными крышками, установлены гидромониторы с системами управления, а у бортов на амортизированных фундаментах размещены лазерные установки, их оптические резаки смонтированы на выдвижных конструкциях и защищены от внешних воздействий.

3. Устройство ледокола по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно выполнено с системой водяной смазки, имеющей коллектор с соплами, при этом сопла установлены на внутренней стороне наклонной части носовой оконечности в районе ее перехода в днище и соединены с ее наружной поверхностью сквозными отверстиями.

4. Устройство ледокола по п. 3, отличающееся тем, что на внутренней стороне носовой оконечности и V-образного участка днища установлена проточная цистерна с нагревательными элементами, которая соединена приемным трубопроводом с отливной частью системы охлаждения энергетической установки, а напорным трубопроводом - с распределительным коллектором гидромониторов и системой водяной смазки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4