Способ и устройство для протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном

 

Изобретение используется при проведении судоподъемных работ. Способ протаскивания троса под затонувшим объектом заключается в образовании под объектом в придонном грунте полости, выходящей с обеих сторон затонувшего объекта, и проводке троса в этой полости. Эту полость выполняют в виде скважины и одновременно заполняют ее сжатым воздухом, подаваемым по шлангу от источника, например компрессора, препятствуя удалению этого воздуха в окружающую среду. Устройство для протаскивания троса содержит корпус с размещенным в нем ударником и гайку с закрепленным к ней тросом. При этом в хвостовой части корпуса смонтирован съемный цилиндрический элемент с обратным клапаном. Реализация изобретения обеспечит повышение эффективности процесса протаскивания троса под затонувшим объектом за счет автоматизации процесса. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области подводного строительства и может быть использовано для подъема с речного или морского дна объектов, преимущественно затонувших судов.

Для подъема затонувших судов используют, в основном, понтоны, которые затопляют и к ним прикрепляют затонувшее судно. Существует два метода крепления: один из них назовем боковым, а другой - обхватывающим. Первый использовался для подъема подводной лодки "К-129", затонувшей возле острова Гуам в Тихом океане. В США был изготовлен специальный корабль, с помощью которого опущен захват в виде системы клешней с приводом, смонтированным по обе стороны траверсы. Захват опускали на корпус затонувшей подводной лодки "К-129", затем клешни захватывали ее корпус с помощью привода, и подъемными лебедками, прикрепленными к траверсе, осуществляли подъем подводной лодки. Из-за неравномерного захвата по длине подводная лодка при подъеме разломалась на две части, одну из которых удалось поднять, а другая - опустилась на дно. Такой способ подъема объектов с морского дна оправдан, когда объект имеет небольшие размеры (ракета, торпеда и т.д.), для чего была изготовлена в США атомная подводная лодка "Хеллибат" с клешнями, размещенными в шахтах крылатых ракет. Однако для подъема больших объектов - судов этот способ неэффективен из-за того, что: клешни захватывают объект сбоку, а не обхватывают его снизу; каждая из клешней не всегда обеспечивает надежный захват объекта (особенно при наличии судовых надстроек). Эти два фактора существенно снижают эффективность описываемого способа. Кроме того, такой способ индивидуален для подъема каждою судна, так как каждое судно имеет свою длину, чем определяется количество клешней, а следовательно, длина траверсы должна соответствовать длине судна. Существенно влияет угол, под которым лежит затонувшее судно на дне, из-за наличия надстроек, которые могут оказаться сбоку или снизу.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ, реализованный при подъеме затонувших судов, с использованием тросов, обхватывающих дно затонувшего судна, для чего трос необходимо подвести под корпус в придонном грунте. В дальнейшем его концы закрепляют к притопленным понтонам, устанавливаемым с обеих сторон затонувшего судна.

Сущность применяемого в настоящее время способа протаскивания тросов под корпусом затонувшего судна заключается в том, что с одной из сторон затонувшего судна с помощью брандспойта водолаз образует приямок, из которого промывает туннель на ширину судна. Количество туннелей определяют водоизмещением и длиной затонувшего судна. Размер туннеля соответствует росту водолаза и его ширине, причем водолаз проходит весь туннель, в который он же протаскивает трос вручную. Затем концы троса закрепляют к притопленным понтонам, подают в них сжатый воздух, и понтоны всплывают вместе с затонувшим судном.

Недостатками широко известного способа являются: сложность протаскивания троса под затонувшим судном; большие энергетические затраты, связанные с промывками туннелей (их количество может достигать 24), имеющих размеры во много раз превосходящие диаметр протягиваемого в них троса; большие продолжительность операций и трудоемкость.

Имеются несколько конструкций пневмопробойников, оснащенных узлом крепления троса. Так, устройство для пробивания вертикальных скважин в грунте по авт. свид. СССР 1421844, кл. E 21 B 7/20, E 02 F 5/18, опубл. БИ 33, 1988. содержит корпус с ударником и воздухораспределительным патрубком, прикрепленным через амортизатор к корпусу с возможностью осевого перемещения для переключения режима работы ударника, и трос, закрепленный одним концом на корпусе, а другим концом - к лебедке. Устройство снабжено жестко закрепленными на корпусе петлей и на воздухораспределительном патрубке гибкой тягой, при этом прикрепленный к корпусу конец троса соединен одновременно с петлей и тягой, а длина тяги меньше расстояния от места крепления троса к петле до места крепления тяги к воздухораспределительному патрубку на величину хода патрубка. Такая конструкция устройства позволяет, потянув за трос с определенной силой, реверсировать устройство в случае встречи им в грунте непреодолимого препятствия.

Недостатком известной конструкции устройства при использовании его для протаскивания троса под затонувшим судном является размыв стенок скважины гидравлическим потоком, создаваемым отработанным устройством воздухом, что ухудшает видимость на дне. Усложняется нахождение устройства после выхода его на дно моря, так как видимость там ограничена, а частицы от размытых стенок скважины еще ее ухудшают. Кроме того, эта конструкция устройства, обеспечивая реверсивность его хода при натяжении троса, работоспособна только при соответствующей конструкции реверсивного механизма, обеспечивающего пневматическое удержание патрубка в переднем его положении, то есть не универсальна.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является узел крепления троса к корпусу, например устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по авт. свид. СССР 735851, кл. F 16 G 11/00, Е 02 F 5/16, опубл. БИ 19, 1980, содержащий петлю, которая закреплена в отверстиях корпуса устройства, при этом петля закреплена в корпусе с помощью кронштейнов, передние части которых изогнуты по крайней мере дважды в разных направлениях по отношению к их продольной оси и установлены в отверстиях корпуса.

Недостатком известной конструкции устройства при использовании его для горизонтального протаскивания троса под затонувшим судном является также размыв стенок скважины гидравлическим потоком, создаваемым отработанным устройством воздухом, что ухудшает видимость на дне. Кроме того, усложняется нахождение устройства после выхода его на дно моря, так как видимость там ограничена, а частицы от размытых стенок скважины еще ее ухудшают.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности процесса протаскивания троса под затонувшим судном за счет автоматизации процесса.

Это достигается тем, что в способе протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном, заключающемся в образовании полости под судном в придонном грунте, выходящей на поверхность дна с обеих сторон затонувшего судна, и прокладке троса в этой полости, согласно предлагаемому техническому решению указанную полость выполняют в виде скважины и одновременно заполняют ее сжатым воздухом, подаваемым по шлангу от источника, например компрессора, препятствуя удалению этого воздуха в окружающую среду.

Такое сочетание операции исключает размыв стенок скважины, что улучшает видимость в месте проведения работы, повышает при этом производительность операций снижает энергозатраты за счет автоматизации процесса пpoтаскивания троса и снижает трудоемкость, так как резко уменьшается поперечное сечение образуемой полости.

Целесообразно скважину выполнять наклоненной и сторону донной поверхности из предварительно образованного входного приямка, располагаемого с одной из сторон затонувшего судна.

Такая совокупность операций наипростейшим образом позволяет в подводных условиях заполнять скважину сжатым воздухом и удерживать его в скважине за счет разных удельных весов воздуха и воды без применения специальных средств.

Целесообразно также образовать приемный приямок, при этом его глубина меньше глубины входного приямка.

Такая совокупность операций, позволяя образовывать наклонную скважину, обеспечивающую задержку сжатого воздуха в ней за счет разных удельных весов воздуха и воды, уменьшает длину проходимых скважин, так как приемный приямок можно промыть непосредственно у борта затонувшего судна, то есть длина скважины будет равна ширине затонувшего судна.

Выполнение приямков разной глубины обеспечивает образование наклонной скважины, в которой сжатый воздух задерживается благодаря разным удельным весам воздуха и воды без использования специальных конструктивных средств.

Целесообразно, препятствие удалению сжатого воздуха в окружающую среду осуществлять обратным клапаном, установленным в начале образуемой в придонном грунте скважины.

Такая реализация способа позволяет проходить горизонтальные и криволинейные скважины в придонном грунте, при этом полость скважины не заполняется водой, причем криволинейные скважины можно проходить без образования приямков.

В устройстве для протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном, содержащим корпус с размещенным в нем ударником и гайку с закрепленным к ней тросом, согласно предлагаемому техническому решению в хвостовой части корпуса смонтирован съемный цилиндрический элемент с обратным клапаном.

Такая конструкция устройства обеспечивает реализацию предлагаемого способа протаскивания троса под затонувшим судном и тем самым повышает производительность процесса, снижает трудоемкость и энергозатраты, то есть обеспечивает эффективность работы.

Целесообразно при этом съемный цилиндрический элемент выполнять с кольцевым выступом в хвостовой части.

Такое выполнение устройства повышает надежность его работы, так как цилиндрический элемент отсоединяется от корпуса устройства благодаря большим силам сопротивления, создаваемым взаимодействием кольцевого выступа с грунтом. Кроме того, улучшается герметизация пробиваемой скважины, что особенно важно при проходке горизонтальных и криволинейных скважин (последние могут быть образованы при использовании управляемых пневмопробойников, исключающих необходимость образования приямков).

Сущность предлагаемого способа и устройства для протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном, поясняется примером их использования и чертежами.

На представленных чертежах иллюстрируются: фиг.1 - запуск устройства из входного приямка в придонном грунте под корпусом затонувшего судна; фиг.2 - проходка наклоненной скважины; фиг.3 - выход устройства на дно моря (реки) и образование воздушного пузыря; фиг.4 - устройство для протаскивания троса; фиг. 5 - запуск устройства со съемным цилиндрическим элементом из входного приямка в приемный; фиг.6 - проходка горизонтальной скважины под корпусом затонувшего судна; фиг.7 - проходка криволинейной скважины под корпусом затонувшего судна.

На дне 1 (фиг.1) моря 2 с помощью гидромонитора образуют входной приямок 3 у корпуса 4 затонувшего судна. Затем из входного приямка 3 запускают устройство 5 для протаскивания тpoca 6, для чего можно использовать cтapтoвoe устройство 7, например, установку для запуска пневматического устройства ударного действия для образования скважин в грунте по авт. свид. СССР 607898, кл. E 02 F 5/18, E 02 D 17/146, Е 21 C 11/00, опубл. БИ 19, 1978.

В качестве устройства 5 для протаскивания троса 6 может быть использовано ударное самоходное устройство, привод которого может быть электрическим, гидравлическим или пневматическим (пневмопробойник). За счет радиального уплотнения грунта устройство образует скважину 8. В случае использования электропробойника или гидропробойника необходимо к последним прикреплять воздухоподводящий шланг 9, подающий от компрессора или баллона (на чертежах не показаны), располагаемых, обычно, на поверхности, сжатый воздух в проходимую скважину 8 (фиг.2). Шланг 9 можно закрепить за корпус устройства 5, и в этом случае он будет перемещаться за устройством 5, или закрепить шланг 9 у входного торца скважины 8 (фиг.2). Наиболее целесообразно использовать один источник энергии для работы устройства 5 и для подачи сжатого воздуха в проходимую скважину 8. В этом случае используют пневмопробойник для проходки скважины 8 как устройство 5. Если расход сжатого воздуха, используемый пневмопробойником, достаточен для поддержания давления в скважине 8, то можно использовать отработанный им воздух для заполнения скважины 8. Нужно отметить, что пневмопробойник работает при давлении ~5-6 ати (избыточное по отношению к среде, в которую происходит выхлоп сжатого воздуха при давлении около 2,5 атн). В случае малого расхода можно в шланг 9 установить клапан, обеспечивающий работу пневмопробойника и подачу сжатого воздуха в скважину 8. Подобная конструкция известна (см., например, авт. свид. СССР 497386, кл. E 02 f 5/18, E 02 d 17/148, опубл. БИ 48, 1975), где в шланге имеется калибровочное отверстие, через которое происходит подача сжатого воздуха в окружающую среду. Сопротивление калибровочного отверстия истечению сжатого воздуха таково, что в шланге обеспечивается необходимое для работы пневмопробойника давление сжатого воздуха, а избыток последнею через отверстие поступает в окружающую среду.

Положительный опыт испытаний пневмопробойника имеется на реке Иня в Западной Сибири (испытания проводились на глубине около 1 м, при которой отрабатывался запуск пневмопробойника в режиме прямого и обратного ходов, а затем его внедряли в грунт из различного положения и отрабатывали устойчивость движения и реверсивность хода), что в дальнейшем подтвердилось при испытанинях на глубине 41 м в Черном море. Устройство (пневмопробойник) 5 запускают под углом α (фиг.1) к горизонту в сторону корпуса 4 затонувшего судна. При проходке скважины 8 (фиг.2) сжатый воздух выхлопывается из устройства 5, работа которого осуществляется при избыточном давлении сжатого воздуха, равном 5-6 ати. Этот перепад давления должен быть вне зависимости от глубины до морского дна. Иными словами, сжатый воздух должен подаваться с поверхности давлением, равным гидростатическому давлению на морском дне, плюс 5-6 ати. Отработанный пневмопробойником воздух выхлопывается под давлением примерно 2,3 ати. При работе на глубине - это избыточное давление по отношению к давлению на соответствующей глубине. Скважину 8 образуют наклоненной, как показано на фиг.2, 3. Можно проходить скважину 8 между двумя приямками (входным 3 и приемным 3¹). В этом случае приемный приямок 3¹ выполняют меньшей глубины, чем входной, что позволяет уменьшить длину скважины 8. В силу того, что сжатый воздух имеет удельный вес меньше, чем вода, и, тем более, чем морская вода, он поднимается вверх по скважине 8, которая в верхней части закрыта устройством 5 и придонным грунтом. Кроме того, сжатый воздух выхлопывается из устройства 5 (пневмопробойника) с давлением, превышающим гидростатическое давление на дне 1 моря 2, поэтому часть объема сжатого воздуха, находящегося в скважине 8, через устье последней будет удаляться в окружающую среду - море 2. Благодаря двум факторам - уменьшенному удельному весу воздуха по отношению к воде и повышенному давлению сжатого воздуха, скважина 8 не будет заполнена водой. Это исключит размыв стенок скважины 8 и будет способствовать их удержанию, так как давление сжатого воздуха будет превышать давление морской воды на дне 1 моря 2. После выхода устройства на дно 1 моря 2 за судном 4 (фиг.3) сжатый воздух из скважины 8 вырвется в окружающую среду - воду - в виде пузыря 10. Это упростит обнаружение устройства 5 после его выхода из придонного грунта на дно 1 моря 2. Затем за трос 6 привязывают более толстый трос и протаскивает его сквозь скважину 8. В случае использования устройства 5 без узла крепления троса 6 операции осуществляют в той же последовательности, которая описана выше, однако в конце отсоединяют шланг, по которому подают сжатый воздух от компрессора (на чертежах не показан) к устройству 5, и к концу шланга, присоединенному к последнему, закрепляют трос сначала меньшего диаметра, а к нему уже трос большего диаметра и протаскивают сквозь скважину 8.

В случае проходки горизонтальной или кроволинейной скважины 8 (фиг.6, 7) необходимо использовать устройство для протаскивания троса, приспособленное для создания препятствия удалению сжатого воздуха из скважины 8 в окружающую среду.

Предлагаемое устройство, создающее препятствие удалению сжатого воздуха в окружающую среду, состоит из пневмопробойника 11 - ударного пневматического узла любой конструкции (правда, электрические ударные узлы малоэффективны, по крайней мере, сегодня и не безопасны, особенно при использовании их в морских условиях). В задней части к нему присоединен съемный цилиндрический элемент 12 (фиг.4), который может быть выполнен с кольцевым выступом 13 в хвостовой части. Цилиндрический элемент 12 имеет обратный клапан 14, размещенный в задней его части. Шланг 9 и трос 6 (при наличии его) проходят через обратный клапан 14.

Принцип работы этого устройства при проходке прямолинейных или криволинейных скважин 7 (фиг.5-7) состоит в следующем.

С обеих сторон корпуса 4 затонувшего судна гидроманиторами (на фиг. не показаны) вымывают входной 3 и приемный 3¹ приямки, глубина которых превышает глубину зарывшегося в придонный грунт корпуса 4 судна (фиг.5). Затем запускают пневмопробойник 11 в грунт в направлении приемного приямка ¹. После углубления пневмопробойника 11 в грунт на его длину кольцевой выступ 13 упрется в грунт. Кроме того, трение по поверхности цилиндрического элемента 12 (его диаметр, можно сделать большим диаметра корпуса пневмопробойника 11, а следовательно, и диаметра образуемой скважины 8) будет создавать осевые силы. Эти суммарные силы направлены в противоположную сторону от активных сил, движущих пневмопробойник 11 вперед, что и приведет к рассоединению корпуса пневмопробойннка 11 и цилиндрического элемента 12. Последний останется в устье скважины 8, а пневмопробойник пойдет в сторону приемного приямка 3¹, оставляя за собой скважину 8 (фиг.6). Сжатый воздух, который выбрасывается пневмопробойпиком 11 после его отработки, будет поступать в скважину 8. Излишек его через обратный клапан 14 будет удаляться из скважины 8 в окружающую среду - море 2. Нужно учесть, что давление воздуха в скважине 8 превышает гидростатическое давление воды на дне 1 моря 2 примерно на 2,3 ати. Обратный клапан 14 препятствует проникновению воды в скважину 8, повышая при этом надежность работы. При выходе пневмопробойника 11 в приемный приямок 3¹ образуется зазор между придонным грунтом и корпусом пневмопробойника 11, через который сжатый воздух выйдет из скважины 8 в окружающую среду (море 2) в виде одного или нескольких пузырей 10. Это будет способствовать определению места выхода пневмопробойника 11, а также конца операции по проходке скважины 8 под корпусом 4 затонувшего судна.

В настоящее время разработаны опытные конструкции пневмопробойников, позволяющие пройти криволинейные скважины (фиг.7), то есть без образования входного приямка 3 и приемного приямка 3¹, что само по себе повышает производительность и снижает трудоемкость и стоимость выполняемых работ.

Для проведения таких работ пневмопробойник 11 запускают непосредственно в придонный грунт под определенным углом. После проходки скважины 8 на длину пневмопробойника 11 цилиндрический элемент 12 под действием сил трения и упругих сил, создаваемых грунтом, действующим па кольцевой выступ 13, отсоединяется от корпуса пневмопробойника 11 и остается в устье скважины 8 и вместе с обратным клапаном 14 препятствует попаданию морской воды в скважину 8. Пневмопробойник 11, двигаясь по заданной траектории, создает криволинейную скважину 8. Криволинейность траектории можно достичь различными известными способами. В частности, можно создавать неравномерное сопротивление со стороны грунта на корпус пневмопробойника 11 за счет выдвижных элементов (не показано) управляемого пневмопробойника 11. После выхода на дно 1 моря 2 так же будет образован один или несколько пузырей 10 со всеми последствиями, описанными выше.

Формула изобретения

1. Способ протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном, заключающийся в образовании полости под судном в придонном грунте, выходящей на поверхность дна с обеих сторон затонувшего судна, и прокладке троса в этой полости, отличающийся тем, что указанную полость выполняют в виде скважины и одновременно заполняют ее сжатым воздухом, подаваемым по шлангу от источника, например компрессора, препятствуя удалению этого воздуха в окружающую среду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину выполняют наклоненной в сторону донной поверхности из предварительно образованного входного приямка, располагаемого с одной стороны затонувшего судна.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что образуют приемный приямок, при этом его глубина меньше глубины входного приямка.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что препятствие удалению сжатого воздуха в окружающую среду осуществляют обратным клапаном, установленным в начале образуемой в придонном грунте скважины.

5. Устройство для протаскивания троса под затонувшим объектом, преимущественно судном, содержащее корпус с размещенным в нем ударником и гайку с закрепленным к ней тросом, отличающееся тем, что в хвостовой части корпуса смонтирован съемный цилиндрический элемент с обратным клапаном.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что съемный цилиндрический элемент выполнен с кольцевым выступом в хвостовой части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7