Способ выполнения подводных подъемно-транспортных операций и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ выполнения подводных подъемно-транспортных операций включает в себя захват затонувшего объекта устройством для проведения подъемно-транспортных операций, введение объекта из соприкосновения с грунтом механизмами указанного устройства без отрыва последнего от грунта, уравновешивание путем балланстировки понтона упомянутого устройства сил и моментов, действующих на устройство, и затем подъем объекта. 2 с. з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области техники, связанным с решением вопросов транспорта под водой и/или подъема на поверхность различных объектов, то есть с выполнением подводных подъемно-транспортных операций.

Традиционно подъемные операции выполняются либо с использованием надводных плавучих оснований (плавкраны, крановые суда), либо с помощью подводных плавучих тел (птонтонные способы). При этом кинематические параметры движения системы "средство подъема-объект" (СПО) определяются в основном игрой гидростатических сил и весовой нагрузки. На начальных стадиях движения существенное значение имеют силы взаимодействия объекта с грунтом. При выполнении подъемной операции понтонным способом, как правило, равнодействующая этих сил обращается в ноль при произвольном положении СПО в пространстве. При этом на всех этапах операции контролировать положение объекта в пространстве возможно лишь за счет подбора распределения гидростатических сил.

Способы, основанные на применении надводных плавучих оснований для создания подъемной силы, независимо от конкретного исполнительного механизма (кран, гидродинамическая лебедка, устройство для вытягивания колонны труб и т. п. ) предполагают наличие механической связи с объектом. При традиционном понтонном способе (с воздушной продувкой понтонов), кроме указанной механической связи, необходим трубопровод для передачи сжатого воздуха, выполняющего роль энергоносителя.

Известны технические решения, где в качестве энергоносителя используется какой-либо химический реагент, запас которого размещается на надводных средствах подъемного комплекса. В этом случае необходима специальная линия передачи энергоносителя (реагента), которая значительно более сложна и менее надежна, чем механическая связь в крановых системах и трубопроводах в традиционном понтонном способе.

Одним из преимуществ понтонного способа является то, что в отличие от кранового он в принципе позволяет до минимума сократить размеры и вес механической связи между объектом и источником подъемной сила. В то время, как при крановом способе, особенно при больших (порядка 1000 м) глубинах, необходимо совершать работу подъема самой связи. Кроме того, прочность связи имеет предел, который объективно ограничивает глубину осуществления операций. Длина механической связи и большие весогабаритные характеристики объекта и захватного устройства требуют включения в состав подъемного комплекса подводных средств наблюдения и/или управления.

С функциональной точки зрения понтонный способ исключает из системы механические подъемные устройства (типа лебедок, и т.п.), он не является адаптацией к морским условиям сухопутной подъемно-транспортной технологии. Важнейшим достоинством которой, неизбежно утрачиваемым в традиционном понтонном способе подъема, является потеря кинематического контроля положения объекта в пространстве.

Среди известных технических решений выполнения подъемных операций в качестве аналога можно указать авторское свидетельство N 615031, СССР (МКИ B 63 B 9/00, B 63 C 3/06, опубл. 23.12.90, Бюл. N 47), где предлагается использовать для подъема судов над поверхностью моря самоподъемную буровую платформу (СПБУ), оснастив ее для этой цели судоподъемной площадкой. Это техническое решение, кроме расширения области применения СПБУ (что и являлось целью автора заявки), дает пример реализации кинематического контроля положения объекта при выполнении судоподъемной операции за счет наличия в силовой схеме подъемной системы несмещаемых опорных точек. Очевидно, что при некоторых изменениях судоподъемное устройство такого типа может быть использовано и для подъема объектов со дна. Недостатком такого способа и средства подъема является то, что опоры СПБУ выполняют функцию основной поддерживающей конструкции, заменяя тем самым плавучий объем, необходимый при традиционных способах, и испытывают при этом сжимающие нагрузки. В связи с этим усиливаются ограничения, связанные с возможностью потери устойчивости опор. Кроме того, очевидно, что объем любых объектов с глубин, превышающих глубину установки СПБУ, что составляет 100 150 м, невозможен. Существенным могут оказаться и ограничения по условиям опирания СПБУ на грунт, который должен воспринять полный вес самой СПБУ и отрывное усилие при подъеме объекта. Очевидно также, что такого рода системы не могут обеспечить транспортировку объекта.

С точки зрения распределения функциональной нагрузки, рассмотренный аналог дает пример подъемной системы, в которой плавучее тело корпус СПБУ, в отличие от традиционной крановой системы выполняет вспомогательную функцию, обеспечивая лишь возможность перемещения самого подъемного устройства по поверхности воды, а создание подъемного усилия осуществляется за счет опирания на грунт. Полный противоположностью в этом отношении является способ выполнения подъемной операции, основанный на свободном всплытии (плавании) подъемного устройства с захваченным объектом на поверхность.

Известен способ подъема затонувших объектов, описанный в авторском свидетельстве СССР 306046, кл. B 63 C 7/04, 1971. Согласно этому способу подъем затонувшего объекта на поверхность производится следующим образом. Устройство опускают на дно, размещают над затонувшим объектом, захватывают его и без каких-либо предварительных манипуляций с объектом осуществляют подъем и транспортировку на поверхность.

Известно устройство для реализации способа по авторскому свидетельству СССР 306046, кл. B 63 C 7/04, 1971. Оно представляет собой ферму с опорными стойками, между которыми расположен захват. С фермой скреплен понтон, имеющей в своей нижней части постоянно открытое отверстие, сообщающее его полость с внешней средой. В верхней части понтона имеется клапан вентиляции. Для продувки полости понтона в нем установлен газогенератор, соединенный системой топливоподачи. Как видно, в прототипе стойки обеспечивают лишь контроль положения самого устройства и не воспринимают отрывного веса поднимаемого объекта.

При использовании рассматриваемого способа и устройства после исчезновения сил сцепления объекта с грунтом, так же как и при традиционном понтонном способе возникает избыточная неуравновешенная сила плавучести и неуравновешенный момент.

Из-за отсутствия возможности вертикального перемещения самих захватов подъемное устройство вынуждено преодолевать силы взаимодействия затонувшего объекта с грунтом за счет дополнительных затрат топлива.

В случае длительной подводной транспортной операции необходимы постоянные затраты топлива для компенсации потери плавучести понтона вследствие снижения температуры и конденсации продуктов работы газогенератора.

При использовании неуглеводородного горючего, например гидразина и подобных ему веществ, возможны нежелательные экологические последствия.

Газогенераторная продувка понтона, предусмотренная в устройстве, предполагает использование какой-то определенной топливной пары, что лишает систему гибк5ости и независимости от источника энергоносителя. Универсализация системы в этом отношении усложняет и удорожает ее.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность, надежность и экологическую безопасность подводных подъемных и транспортных операций, обеспечивает независимость их проведения от природно-климатических и метеорологических условий и возможность работы под льдами.

Изобретение направлено на решение технической задачи и достижение следующего технического результата.

Устранение нестабильности движения транспортируемого объекта на стадии отрыва от дна и на начальном участке траектории. Обеспечение требуемого положения объекта в пространстве.

Получение выигрыша в величине полезной нагрузки и/или снижение запасов по основным характеристикам систем при использовании способа и устройства в комбинации с любым другим. Например, при крановом подъеме.

Сокращение при прочих равных условиях затрат рабочего тела и необходимого продуваемого объема при подъемных операциях.

Сколь угодно долгое сохранение плавучести подъемного устройства без дополнительных затрат энергии или энергоносителей.

Достижение этого технического результата обеспечивается за счет следующих признаков способа и устройства для его осуществления.

Способ состоит в том, что на дно опускают устройство для подъемно-транспортных операций, которое устанавливают над находящимся на дне объектом, захватывают его, а затем объект сначала выводят из соприкосновения с грунтом при помощи механизмов, входящих в состав устройства, затем балластировкой понтонного устройства осуществляют уравновешивание сил и моментов, действующих на устройство в переходный период изменения положения объекта. Указанные операции выполняют, опираясь на грунт, а подъем и транспортировку начинают после завершения балластировки.

Устройство для осуществления подводных подъемно-транспортных операций, включающее размещенные на несущей металлоконструкции с опорами и захватами понтон с телеуправляемым вентиляционным клапаном вверху, отверстием внизу для сообщения с внешней средой и вытеснительную систему, при этом понтон выполнен прочным и состоящим, по крайней мере, одного изолированного отсека. Вытеснительная система включает в себя испаритель и соединенный с ним источник криогенного рабочего тела. Нижнее отверстие для сообщения с внешней средой оборудовано управляемым затвором. Опоры конструкции выполнены поворотными, соединены с пространственной конструкцией через шарниры и снабжены башмаками, имеющему устройства замораживания грунта, сообщенные трубопроводами и источником криогенного рабочего тела. Устройство оснащено приводом для вертикального перемещения захватов.

Сущность изобретения поясняется рисунком.

Устройство выполнено в виде несущей металлической конструкции 1 с опорами 2 и захватами 3, понтон которой выполнен прочным и состоящим, по крайней мере, из одного, например, из двух изолированных отсеков 4, в которых имеются телеуправляемые вентиляционные клапаны 5, причем нижние отверстия 6 для сообщения с внешней средой оборудованы управляемыми затворами. Вытеснительная система включает испаритель криогенного рабочего тела 7, соединенный трубопроводом 8 с источником криогенного рабочего тела 9. Опоры 2 пространственной конструкции 1 выполнены поворотными и соединены с ней шарнирами 10. Башмаки опор 11 имеют устройства замораживания грунта 12, которые через трубопроводы 13 сообщены с источником криогенного рабочего тела 9. Устройство оснащено приводом 14 для вертикального перемещения захватов.

Функционирование устройства происходит следующим образом.

Приводят опоры 2 пространственной конструкции 1 в вертикальное положение путем поворота относительно шарниров 10. Открывают клапаны вентиляции 5 и затвора на отверстиях 6 для заполнения отсеков 4 заборной водой. Погружают устройство на дно и устанавливают его на опорах над объектом. Наведение устройства на объект может быть осуществлено любым приемлемым способом (по направляющим каналам, с помощью собственного движительного модуля и т.п.). После установления контакта опорных башмаков 11 с грунтом происходит захватывание объекта. Для этого с помощью привода вертикального перемещения 14 захваты опускают к объекту и осуществляют его фиксацию в захватах. Затем через трубопроводы 13 из емкости 9 криогенную жидкость, например жидкий азот, подают в устройства замораживания грунта 12. Одновременно закрывают клапаны 5, а по трубопроводам 8 подают азот в испарители 7 и производят равномерное вытеснение воды из отсеков 2 устройства. Процесс вытеснения доводят до стадии, когда сила плавучести понтона приближается к собственному весу объекта, и преостанавливают его.

По достижения необходимой прочности данного грунта под опорами производят отрыв объекта от дна. Для этого включают привод 14 вертикального перемещения захватов (с зафиксированным в них объектом). Объект вывешивают под понтоном устройства.

Далее тем или иным способом, например путем измерения силы натяжения элементов вертикального привода захватов 14, определяется необходимая степень дополнительного освобождения отсеков понтона от воды, с таким расчетом, чтобы устранить неуравновешенные силы и моменты. После завершения этой операции затворы на отверстиях 6 перекрывают сообщение отсеков понтона 4 с внешней средой.

Далее устройство вместе с захваченным объектом тем или иным способом приводят в движение. Чтобы исключить силы сцепления башмаков с мерзлым грунтом, их нижняя поверхность должна иметь соответствующие покрытие и форму.

Для реализации предлагаемого способа устройства осуществления подводной подъемно-транспортной операции необходимы устройства и системы, достаточно апробированные на подводных лодках, а также в криогенной и строительной технологиях.

Формула изобретения

1. Способ выполнения подводных подъемно-транспортных операций, заключающийся в том, что на дно моря опускают устройство для подъемно-транспортных операций, которое устанавливают над находящимся на дне объектом, затем захватывают его, а затем осуществляют подъем и транспортировку, отличающийся тем, что после захватывания объекта его сначала выводят из соприкосновения с грунтом при помощи механизмов, входящих в состав устройства, затем балластировкой понтона указанного устройства осуществляют уравновешивание сил и моментов, действующих на устройство после изменения положения объекта, причем указанные операции выполняют при опирании устройства на грунт, а подъем и транспортировку начинают после завершения упомянутой балластировки.

2. Устройство для осуществления подводных подъемно-транспортных операций, включающее в себя размещенные на несущей металлоконструкции с опорами и захватами понтон с телеуправляемым вентиляционным клапаном вверху и отверстием внизу для сообщения с внешней средой и вытеснительную систему, отличающееся тем, что понтон выполнен прочным и состоит по меньшей мере из одного изолированного отсека, а вытеснительная система включает в себя испаритель и соединенный с ним источник криогенного рабочего тела, причем нижнее отверстие для сообщения с внешней средой оборудовано управляемым затвором, а опоры металлоконструкции выполнены поворотными и снабжены башмаками, имеющими системы замораживания грунта, сообщенные трубопроводами с источником криогенного рабочего тела, при этом устройство снабжено приводом для вертикального перемещения захватов.

РИСУНКИ

Рисунок 1