Способ прохождения относительно широкого судна через ледовое поле, ледокол

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к конструкции ледокола, обеспечивающего осуществление способа прохождения относительно широкого судна через ледовое поле. Относительно широкому судну оказывается содействие в прохождении через ледовое поле ледоколом, имеющим относительно узкий корпус. Ледокол включает две управляемые двигательные установки на противоположных концах корпуса соответственно. Двигательные установки используются для приведения ледокола в движение через ледовое поле в нужном направлении под существенным углом к его линии киля, благодаря чему за один проход ледокола вскрывается канал, имеющий существенно большую ширину, чем ширина по ватерлинии ледокола. Достигается повышение эффективности и экономичности содействия очень широкому судну проходить через ледовое поле с использованием одного ледокола. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 4 ил.

Это изобретение относится к способу дробления льда для вскрытия прохода через ледовое поле и к ледоколу для осуществления способа.

Ледокол предназначен для содействия судам во время зимней навигации. Такое содействие включает вскрытие или поддержание проходов через ледяные поля. Таким образом, ледокол обычно предназначен для использования в характерных условиях зимней навигации. Например, для Финского залива типичным является то, что количество судов, требующих содействия, велико, и расстояние, в пределах которого требуется содействие, относительно мало. Размеры судов, которым требуется содействие, в значительной степени варьируются, что определяет особые требования по ширине канала, создаваемого ледоколом. Ширина судна, которому оказывается содействие в Финском заливе, как правило, лежит в пределах от 10 до 40 м.

Обычный ледокол не может эффективно содействовать судну, ширина которого превышает ширину ледокола. С другой стороны, относительно редкими являются случаи, когда содействие требуется очень широким судам, и было бы непрактично с экономической точки зрения строить, например, ледокол шириной 40 м только для нескольких случаев, когда требуется такой широкий ледокол. До сих пор было обычной практикой содействовать широкому судну с использованием одного ледокола для вскрытия широкого прохода движением вперед и назад или с использованием двух ледоколов одновременно и совместно для вскрытия широкого прохода. Указанный первый способ медленный и довольно неэффективный, в особенности, если ледовое поле дрейфует. Второй способ требует двух ледоколов, что ослабляет возможности ледокольного флота оказывать содействие судам в других местах.

В соответствии с Патентом США 5218917 направление движения ледокола в условиях тяжелых льдов может отличаться от направления его движения в открытом море и в условиях тонкого льда.

Целью настоящего изобретения является решение проблемы эффективного и экономичного содействия очень широкому судну на ледовом поле с использованием лишь одного ледокола. Ледокол для осуществления способа в соответствии с изобретением может направляться по ледовому полю полностью или частично боком. Путем ориентации линии киля ледокола под необходимым углом к направлению движения ледокола становится возможным использование ледокола для вскрытия канала, ширина которого может быть в значительной степени шире ширины ледокола на уровне ватерлинии и в крайних случаях равна длине ледокола на уровне ватерлинии.

Термин "направление линии киля", используемый в этом описании, означает направление движения ледокола, когда ледокол движется в открытом море или во льдах так, что на него воздействует минимальное сопротивление движению.

Каждый конец корпуса ледокола согласно изобретению снабжен, по меньшей мере, одной управляемой двигательной установкой. Термин "управляемая двигательная установка" означает двигательную установку, направление тяги которой может легко выбираться.

Наиболее общей и пригодной для ледоколов двигательной установкой, имеющей эту характеристику, является так называемая рулевая двигательная установка, то есть двигательная установка, которая может поворачиваться вокруг, по существу, вертикальной оси так, что направление движения может изменяться путем поворота двигательной установки. Такое устройство было описано, например, в Патенте США 5403216.

Достаточная эффективность не всегда достигается при помощи одной управляемой двигательной установки на каждом конце корпуса. Таким образом, предпочтительно, чтобы ледокол снабжался, по меньшей мере, тремя управляемыми двигательными установками, две из которых находятся на конце ледокола, который является передним по направлению движения в тяжелых ледовых условиях. Для обеспечения требуемого управления ледоколом согласно настоящему изобретению в особенности важно то, чтобы распределение мощности между различными двигательными установками могло варьироваться, предпочтительно, непрерывно, в зависимости от ситуации. Таким образом, мощность силовой установки ледокола может всегда распределяться необходимым образом между отдельными двигательными установками в соответствии с потребностью так, что путем управления распределением мощности можно оказывать влияние на направление движения и угловое смещение между направлением линии киля и направлением движения. В ледоколе с суммарной мощностью силовой установки Р и количеством двигательных установок n применение двигательных установок предпочтительно оптимизируется так, что каждая двигательная установка устроена так, что она может, если необходимо, принимать и работать с уровнем мощности, по существу, большим, чем Р/n, предпочтительно, около 1,5 P/n, тогда как остальные двигательные установки принимают и работают с уровнем мощности, меньшим, чем P/n.

Предпочтительно, чтобы, если управляемая двигательная установка имеет гребной винт в качестве двигательного элемента, двигательная установка имела такое устройство, в котором винт действует как тянущий винт, то есть винт находится на переднем конце двигательной установки по направлению движения ледокола. В этом случае винт способен разрушать ледяные барьерные образования и другие ледяные препятствия на уровне заглубления винта.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения корпус ледокола симметричен и имеет такую конструкцию, что в ледокольном районе, который расположен между уровнем, приближенным к ватерлинии, и уровнем, составляющим приблизительно половину осадки ледокола, каждый борт имеет уклон наружу и вверх, посредством чего оба борта ледокола пригодны для дробления льда в боковом направлении.

В случае с симметричным корпусом с преимущественными для ледокольного действия углами каждого борта при облическом или боковом движении ледокола ледокол должен быть достаточно большим для того, чтобы подводная часть корпуса обеспечивала достаточную подъемную силу.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения изобретения корпус ледокола асимметричен и так устроен, что один борт корпуса имеет более преимущественную для дробления льда конфигурацию, чем противоположный борт. Это обеспечивает получение преимущественных для дробления льда углов наклона одного борта корпуса при непрямом или боковом движении ледокола, тогда как другой борт корпуса может иметь конфигурацию, обеспечивающую достаточную подъемную силу для компенсации уменьшенной плавучести ледокольного борта.

Также предпочтительно придать корпусу ледокола такую конфигурацию, чтобы управляемые двигательные установки могли размещаться на обоих концах корпуса на таком уровне, чтобы они, по меньшей мере, не выступали ниже нижней части корпуса. Таким образом, например, швартовка ледокола существенно облегчается, и опасность очень серьезных повреждений при посадке на мель уменьшена.

Изобретение также относится к ледоколу, который пригоден для вскрытия прохода в ледовом поле для широкого судна, причем ширина корпуса ледокола на уровне ватерлинии меньше, чем ширина широкого судна на уровне ватерлинии.

Изобретение описано ниже на примере со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых: фиг. 1 изображает вид из-под воды ледокола, применяемого для осуществления способа, соответствующего изобретению, фиг. 2 изображает торцевой вид асимметричного ледокола, соответствующего изобретению, фиг. 3 изображает торцевой вид симметричного ледокола, соответствующего изобретению, фиг. 4 изображает вид сбоку симметричного ледокола, соответствующего изобретению.

Фиг. 1 изображает сплошное ледовое поле 30, через которое ледокол 10 вскрывает проход или канал 40 для широкого судна (не показано), следующего за ледоколом в направлении стрелки А. Ширина ледокола 10 на уровне ватерлинии существенно меньше, чем ширина у ватерлинии судна, которому оказывается содействие. Один конец корпуса ледокола снабжен двумя управляемыми двигательными установками 21, 22, и противоположный конец корпуса снабжен одной управляемой двигательной установкой 23. Конец, снабженный двигательной установкой 23, должен рассматриваться как нос для плавания в открытой воде, и линия 50 киля будет выровнена относительно направления движения, но для дробления льда направления тяги соответствующих двигательных установок избираются так, что ледокол движется боком в направлении стрелки А через ледовое поле 30, то есть направление движения, обозначенное стрелкой А, проходит под существенным углом к направлению линии 50 киля.

В варианте воплощения изобретения, соответствующем фиг.1, корпус ледокола 10 асимметричен и, таким образом, один его борт, который повернут в направлении А движения ледокола, более предпочтителен для дробления льда бортом, чем его другой борт 12. Конфигурация нижней части корпуса видна из конфигурации горизонтальных сечений, показанных на фиг.1. Конец асимметричного ледокола, который находится спереди по направлению движения, шире, чем противоположный ему конец.

На фиг.2 асимметричный ледокол показан в направлении стрелки В на фиг.1. Вид, показанный на фиг.2, типичен для асимметричного ледокола, соответствующего изобретению, и не ограничивается вариантом выполнения ледокола, показанного на фиг.1. Как можно видеть на фиг.2, борт ледокола, применяемый для дробления льда, на уровне ватерлинии и ниже имеет существенный угол наклона наружу и вверх, который благоприятен для дробления льда, Противоположный борт 12 почти вертикален. Конфигурация корпуса также видна из конфигурации кривых вертикальных плоских сечений 0, 1, 2, 3, 4 и 5.

В соответствии с фиг.1 более широкий конец, который считается кормой при плавании в открытой воде, но является передним в направлении движения ледокола по ледовому полю, снабжен двумя двигательными установками 21 и 22, и противоположный конец снабжен одной двигательной установкой 23. Такое устройство предпочтительно, например, для достижения достаточной эффективности дробления льда в условиях тяжелых льдов. Кроме того, струя от гребного винта двигательной установки 22, которая отнесена от линии киля в боковом направлении, противоположном вертикальному борту 12 корпуса, может преимущественно использоваться для смывания ледокольного борта 11, что уменьшает трение между корпусом и льдом. Одновременно, струя от гребного винта толкает дробленый лед назад вдоль корпуса. Это происходит наиболее эффективным образом при ориентации двигательной установки 22 так, как показано на фиг.1. Нижняя часть корпуса, предпочтительно, имеет конфигурацию, показанную на фиг.1 и 2, при этом струя от гребного винта двигательной установки 22 способствует дроблению льда, создавая турбулентность под нераздробленным льдом и вытягивая воду из-под нераздробленного льда.

Каждая двигательная установка 21, 22, 23 может поворачиваться в нужном направлении и снабжена гребным винтом 24, действующим как двигательный элемент. Конструкция и расположение каждого гребного винта 24 таковы, что он действует как тянущий винт, то есть винт 24 расположен в переднем конце двигательной установки в направлении движения ледокола. Таким образом, винты преимущественно могут использоваться, например, для дробления ледяных стенок. На фиг.1 двигательные установки 21 и 22 повернуты так, что их совокупная двигательная сила направлена приблизительно в соответствии со стрелкой А.

Как было описано выше, ледокол разработан и сконструирован для дробления льда при движении под существенным углом к направлению линии киля. В зависимости от обстоятельств, ледокол может также использоваться для дробления льда при движении по направлению линии киля либо с двигательными установками 21 и 22 впереди, либо с двигательной установкой 23 впереди.

Если поворотный вал 17 двигательной установки сталкивается с большим ледяным торосом, когда ледокол движется в ледовом поле, это может привести к увеличению сопротивления движению через ледовое поле. Для разрушения этих ледяных торосов до того, как они столкнутся с поворотными валами 17, корпус ледокола снабжен гребнями 13, 14, 15, которые выступают, по меньшей мере, от уровня ватерлинии CWL корпуса ледокола до непосредственной близости к двигательным установкам 21, 22, 23 соответственно.

Как можно видеть на фиг.2, 3 и 4, двигательные установки и их винты 24 находятся выше самой нижней точки 16 корпуса ледокола.

На фиг.3 корпус ледокола симметричен, и два борта 18 имеют наклон наружу и вверх на уровне ватерлинии CWL ледокола и от нее вниз, посредством чего оба борта пригодны для дробления льда, когда ледокол движется боком по ледовому полю. Ледокол, предпочтительно, снабжен известной эффективной системой кренования, которая, совместно с конфигурацией бортов и корпуса, обеспечивает разрыхление сжатого или пакового льда или торосов, благодаря чему ледокол может поддерживать движение вперед и не завязнет даже при тяжелых ледовых условиях. В симметричном варианте воплощения изобретения, соответствующем фиг.3, ледокол, по меньшей мере, на одном конце имеет две управляемые двигательные установки 27. Конструкция, расположение и функции двигательных установок, по существу, соответствуют описанным выше со ссылками на фиг.1.

Фиг. 4 изображает вид сбоку довольно небольшого ледокола, соответствующего изобретению. Каждый конец корпуса ледокола снабжен двумя управляемыми двигательными установками 27. Принципиальные размеры ледокола составляют: максимальная длина около 32 м, длина по ватерлинии около 29 м и максимальная ширина около 12,5 м. На практике принципиальные размеры ледокола, работающего в тяжелых ледовых условиях в Балтийском море, могут быть, предпочтительно, приблизительно в два раза больше, чем размеры ледокола, показанного на фиг.4. Такой ледокол способен вскрывать канал шириной 40 м за один проход, двигаясь под острым углом к его линии киля.

Будет понятно, что изобретение не ограничивается описанным конкретным вариантом его воплощения и что могут быть сделаны его вариации без отхода от рамок изобретения, ограниченных прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами. Например, хотя ледокол, соответствующий изобретению, большей частью был описан со ссылками на вскрытие прохода в ледовом поле, он естественно может использоваться для поддержания проходимости существующего прохода или увеличения его ширины.

Формула изобретения

1. Способ содействия прохождению относительно широкого судна через ледовое поле (30) ледоколом (10), имеющим относительно узкий корпус с линией киля (50) и первым и вторым противоположными концами, отличающийся тем, что ледокол (10) приводится в движение, по меньшей мере, двумя управляемыми двигательными установками (21, 22, 23, 27), причем указанные двигательные установки расположены на первом и втором концах корпуса соответственно, управляемые двигательные установки (21, 22, 23, 27) применяются так, чтобы ледокол продвигался через ледовое поле (30) в нужном направлении под существенным углом к линии киля (50) ледокола и тем, что ледокол таким образом вскрывает за один проход канал (40), имеющий ширину, которая существенно больше ширины ледокола по ватерлинии.

2. Способ по п.1, в котором корпус ледокола имеет первый и второй борта (18) на противоположных сторонах от линий киля (50) соответственно, и каждый борт корпуса отклоняется вверх и наружу, отличающийся тем, что ледокол (10) приводится в движение через ледовое поле (30) с первым или вторым бортом (18) впереди другого.

3. Способ по п.1, в котором корпус ледокола имеет первый и второй борта (11, 12) на противоположных сторонах от линии киля (50) соответственно, и корпус асимметричен так, что первый борт (11), применяемый для дробления льда, на уровне ватерлинии и ниже имеет существенный угол наклона наружу и вверх, который благоприятен для дробления льда, а второй борт (12) почти вертикален, при этом ледокол (10) приводится в движение через ледовое поле (30) с первым бортом (11) впереди второго борта (12).

4. Ледокол, обеспечивающий проход относительно широкого судна через ледовое поле (30), имеющий относительно узкий корпус с линией киля (50) и первым и вторым противоположными концами, отличающийся тем, что оба конца ледокола (10) снабжены, по меньшей мере, одной управляемой двигательной установкой (21, 22, 23, 27) и направление тяги двигательных установок (21, 22, 23, 27) контролируется таким образом, чтобы они могли продвигать ледокол (10) через ледовое поле (30) в нужном направлении под существенным углом к линии киля (50) ледокола.

5. Ледокол по п.4, отличающийся тем, что ледокол (10) включает силовую установку, производящую максимальную движущую мощность Р, и в котором количество управляемых двигательных установок (21, 22, 23) составляет n, и каждая двигательная установка имеет такие размеры, чтобы воспринимать и работать при максимальной движущей мощности, существенно большей, чем Р/n.

6. Ледокол по п.5, отличающийся тем, что каждая двигательная установка (21, 22, 23) имеет такие размеры, чтобы воспринимать и работать при максимальной движущей мощности около 1,5 Р/n.

7. Ледокол по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что ледокол (10) включает третью двигательную установку (22) на первом конце корпуса.

8. Ледокол по п.7, отличающийся тем, что третья управляемая двигательная установка (22) отнесена от линии киля корпуса и корпус включает ребро (14), которое простирается от ватерлинии корпуса в направлении третьей управляемой двигательной установки.

9. Ледокол по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что ледокол (10) включает третью и четвертую управляемые двигательные установки (27) на первом и втором концах корпуса соответственно.

10. Ледокол по любому из пп.4-9, отличающийся тем, что каждая управляемая двигательная установка (21, 22, 23, 27) включает гребной винт (24), сконструированный и расположенный так, что он действует как тянущий винт.

11. Ледокол по любому из пп.4-10, отличающийся тем, что управляемые двигательные установки (21, 22, 23, 27) расположены, по меньшей мере, по существу, целиком выше самой нижней точки (16) корпуса ледокола (10).

12. Ледокол по п. 4, отличающийся тем, что корпус ледокола (10) имеет первый и второй борта с противоположных сторон от линии киля (50) соответственно, и каждый борт корпуса отклоняется вверх и наружу.

13. Ледокол по п. 4, отличающийся тем, что корпус ледокола (10) имеет первый и второй борта (11, 12) с противоположных сторон от линии киля (50) соответственно, и корпус асимметричен так, что первый борт (11), применяемый для дробления льда, на уровне ватерлинии и ниже имеет существенный угол наклона наружу и вверх, который благоприятен для дробления льда, а второй борт (12) почти вертикален, когда ледокол продвигается в нужном направлении под существенным углом к линии киля (50).

14. Ледокол по п.4, отличающийся тем, что корпус включает ребро (13), которое простирается от ватерлинии корпуса в направлении первой управляемой двигательной установки (21).

15. Ледокол по п. 4, отличающийся тем, что корпус включает первое и второе ребра (13, 15), которые простираются от ватерлинии корпуса в направлении первой и второй управляемых двигательных установок (21, 23) соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4