Устройство для повышения ледопроходимости судна

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к судам ледового плавания. Судно для ледового плавания снабжено трубопроводами, внутри которых расположены токопроводящие стержни. Стержни заканчиваются электродами. Между электродами с помощью генератора высоковольтных импульсов создается электрическая дуга, которая практически мгновенно вызывает местный нагрев воды с образованием пара. Образуется, таким образом, мощная взрывная волна, которая разрушает лед. В варианте технического решения судно снабжено тремя электродами и высоковольтные импульсы подаются попеременно между средним и двумя крайними электродами. Для регулирования мощности импульса средний стержень выдвигается независимо от двух крайних, что позволяет изменять расстояние между электродами. Достигается безопасность судна при разрушении льда, повышение радиуса его действия и увеличение скорости движения судна. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам ледового плавания.

Известно устройство для повышения ледопроходимости судна. Разрушение льда производится механически с помощью резца типа нож, расположенного подо льдом, с применением клинового отвала, закрепленных на носу судна (См. патент РФ N2122505, МПК В 63 В 35/08 "Ледокольная приставка", опубл. 27.11.1998 г.).

Известное устройство не позволяет разрушить лед большой толщины. Кроме того, в процессе разрушения льда механические устройства изнашиваются. В условиях сложной ледовой обстановки выход из строя ножа или отвала исправить практически невозможно.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является устройство для повышения ледопроходимости судна, при использовании которого разрушение льда производят с помощью создания подледной взрывной волны за счет взрывов газовой смеси, подаваемой по трубопроводам, расположенным ниже ватерлинии (См. патент РФ N1548978, МПК В 63 В 35/08 "Устройство Е.Н. БОЙЦОВА для повышения ледопроходимости судна", опубл. 10.11.1995 г.).

Недостаток известного устройства состоит в том, что в нем разрушение льда производится с помощью взрывной смеси, состоящей из газов. При этом не исключена возможность аварии при небрежном обращении с газами или при пожаре. Радиус действия судна ограничен объемами газовой смеси. Кроме того, при подрыве газовой смеси взрывная волна может нанести повреждение корпусу судна. Число взрывных импульсов в единицу времени невелико, что снижает скорость перемещения во льдах.

Техническим результатом изобретения является обеспечение большей безопасности судна при разрушении льда, повышение скорости движения и увеличение радиуса действия судна.

В известном устройстве для повышения ледопроходимости судна, содержащем консольно закрепленные перед носовой оконечностью ниже ватерлинии судна трубопроводы, согласно изобретению в трубопроводах, расположенных подо льдом, установлены электропроводящие стержни, изолированные от трубопроводов и имеющие активные электроды, выходящие из труб и соприкасающиеся с водой, причем электроды подключены к источнику импульсного высоковольтного напряжения.

Кроме того, количество трубопроводов равно трем, два из которых расположены с каждого борта, а один расположен по центру (по носу судна), при этом стержни подключены к источнику импульсного высоковольтного напряжения через контакторы и блок управления чередованием включения.

Кроме того, трубопровод, расположенный по центру, выполнен с возможностью независимого изменения длины.

Процесс повышения ледопроходимости судна, заключающийся в разрушении льда с помощью подледной взрывной волны, при котором взрывную волну создают с помощью электрических разрядов высокого напряжения, подаваемых между электродами, расположенными ниже ватерлинии, позволяет повысить безопасность судна. Это определяется тем, что для разрушения льда не требуется использование взрывоопасных продуктов. Кроме того, радиус действия судна расширяется, поскольку разрушение льда производится с использованием судовой энергоустановки без использования специальных взрывоопасных расходуемых материалов.

Применение третьего - центрального трубопровода с электродом позволяет более полно использовать генератор высоковольтных импульсов, поскольку энергия распределяется попеременно между средни и двумя крайними электродами.

Регулирование мощности взрывной волны путем изменения расстояния между средним электродом и крайними электродами позволяет относительно просто варьировать электрическую энергию в зависимости от толщины льда и состава забортной воды.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства для повышения ледопроходимости судна, вид сбоку.

На фиг.2 дана конструкция устройства, вид в плане.

На фиг.3 показана принципиальная электрическая схема блока питания и управления для источника высоковольтных импульсов.

На фиг.4 показана конструкция, вид в плане, с тремя электродами.

На фиг.5 приведен фрагмент принципиальной электрической схемы источника высоковольтных импульсов при наличии трех электродов.

Устройство повышения ледопроходимости судна выполнено следующим образом. Судно ледового плавания 1 (фиг.1, 2) оснащено двумя трубопроводами 2 и 3, смонтированными с возможностью их выдвижения из корпуса судна. Они расположены ниже ватерлинии подо льдом. Внутри трубопроводов проложены токопроводящие стержни 4 и 5, изолированные от труб. Концы стержней соответственно 6 и 7 представляют собой электроды. Они выступают из труб и соприкасаются с водой. В свою очередь, токопроводящие стрежни 4 и 5 подключены к источнику высоковольтных импульсов. Вариант выполнения блока питания и управления источником высоковольтных импульсов состоит из тиристорного включателя 8 (фиг. 3), установленного на входе цепи питания переменного тока (на фиг. не обозначен), промежуточного трансформатора 9, разрядника 10 и высоковольтного конденсатора 11. Конденсатор 11 одним концом соединен с промежуточным зажимом первичной обмотки 12 повышающего трансформатора 13. Выходные зажимы вторичной обмотки 14 повышающего трансформатора 13 соединены со стрежнями 4 и 5. Выход тиристорного включателя 8 соединен с первичной обмоткой промежуточного трансформатора 9. Ко вторичной обмотке промежуточного трансформатора 9 подключены конденсатор 11 и цепь, состоящая из последовательно включенных разрядника 10 и части первичной обмотки 12, повышающего трансформатора 13. При этом положение зажима, соединяющего один конец разрядника 10 и первичную обмотку 12, может меняться, как это выполняется у автотрансформатора. На входе питания имеется конденсатор 15, защищающий сеть от гармонических составляющих.

Тиристорный включатель 8 содержит два тиристора включенных по встречно-параллельной схеме (на фиг. не показаны). В свою очередь тиристорный включатель 8 снабжен пультом управления 16 и блоком 17, подающим команды на управляющие электроды (на фиг. не обозначены) тиристоров 8. Пулы управления имеет также регулятор 18 угла открытия тиристоров 8 и включатель 19. В пульте управления 16 имеется устройство обеспечивающее включение тиристорного включателя 8 в ручном или в автоматическом режиме. Для получения обратной связи имеется датчик тока 20 (выполненный, например, в виде замкнутого витка, охватывающего проводник), связывающий стержень 4 с вторичной обмоткой 14 повышающего трансформатора 13.

Судно 1 оснащено тремя трубопроводами 2, 8, и 21 (фиг.4). Трубопровод 21 расположен в носовой части судна ниже ватерлинии подо льдом и имеет токопроводящий стержень 22, на выходе которого имеется электрод 23, соприкасающийся с водой. Стержень 22 также изолирован от трубопровода 21. Трубопровод 21 снабжен устройством для независимого изменения длины, выступающей из корпуса части. Принципиальная электрическая схема для трехэлектродного варианта аналогична представленной на фиг.3. Однако в отличие от фиг.3 в ней имеются контакторные переключатели 24 и 26 (фиг.5), а в цепи питания стержня 22 имеется датчик тока 20, охватывающего проводник, связывающий стержень 22 со вторичной обмоткой 14 повышающего трансформатора 13. При этом пульт управления 16 снабжен системой чередования включения электродов 6 или 7 с помощью контакторов 24 и 25. Силовые контакты контакторов 24 и 25 включены в цепь питания стержней соответственно 6 и 7.

Устройство для повышения ледопроходимости судна действует следующим образом.

При подходе к ледовому полю выдвигаются трубопроводы 2 и 3 (фиг.1, 2). При этом электроды 6 и 7 соприкасаются с водой. Перед включением включателя 19 (фиг. 3) необходимо установить на пульте управления 16 режим работы источника высоковольтных импульсов и угол открытия тиристоров 8. Чем больше угол открытия, тем медленней будет заряжаться конденсатор 10 и тем реже будут генерироваться высоковольтные импульсы. При включении включателя 19 происходит открытие тиристоров тиристорного включателя 8. Напряжение поступает на первичную обмотку промежуточного трансформатора 9. На вторичной его обмотке появляется напряжение, которое заряжает высоковольтный конденсатор 11. Как только напряжение конденсатора превысит напряжение пробоя разрядника 10, последний пробивается. По цепи, состоящей из разрядника 10, конденсатора 11 и части первичной обмотки 12 трансформатора 13, проходит импульс тока. На выходе вторичной обмотки 14 появляется импульс высокого напряжения, вызывающий электрическую дугу между электродами 6 и 7. Время действия импульса составляет доли секунды, напряжение может достигать, например, 150 кВ и более, а ток - от 10 до 100 А в зависимости от типа судна и толщины льда. Электрическая дуга мгновенно создает местный нагрев воды с образованием пара. В результате давление в области между электродами быстро возрастает. Образуется взрывная подводная волна, которая разрушает лед. Мощность импульса и мощность взрывной волны зависит, в частности, и от положения промежуточного зажима, связывающего первичную обмотку 12 трансформатора 13 с разрядником 10.

При наличии трех трубопроводов 2, 3 и 21 (фиг.4) с электродами 6, 7 и 23, электрическая дуга будет попеременно создаваться между одним из крайних электродов 6 или 7 и средним 23. Очередность подачи импульсов определяется системой чередования, связанной с пультом управления 16, которая по сигналам от датчика тока 20 включает контактор, либо 24, либо 25 (фиг.5).

Изменяя длину среднего стержня 21, можно изменять расстояние между средним электродом 23 и электродами 6 и 7. В зависимости от этого расстояния изменяется и мощность взрывного импульса. Как известно, электрическая мощность определяется по формуле U²/R, где U напряжение между электродами, a R - сопротивление промежутка между ними. Чем больше расстояние, тем выше сопротивление и тем меньше энергия разряда.

Формула изобретения

1. Устройство для повышения ледопроходимости судна, содержащее консольно закрепленные перед носовой оконечностью ниже ватерлинии судна, подо льдом, трубопроводы, отличающееся тем, что в трубопроводах расположены электропроводящие стержни, изолированные от трубопроводов, имеющие активные электроды, выходящие из трубопроводов и соприкасающиеся с водой, а электропроводящие стержни подключены к источнику высоковольтных импульсов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество трубопроводов равно трем, два из которых расположены с каждого борта, а один расположен по центру (по носу судна), причем стержни, расположенные с каждого борта, подключены к источнику высоковольтных импульсов через контакторы и систему чередования включения электропроводящих стержней.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубопровод, расположенный по центру, выполнен с возможностью независимого изменения длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5