Судно и преобразователь энергии волн

 

Изобретение относится к судостроению, касаясь создания судов на подводных крыльях для плавания в надводном и подводном положениях. Судно имеет, по меньшей мере, один корпус с подводными крыльями на стойках под ним, а также предназначенную для производства промежуточного энергоносителя силовую двигательную установку и множество двигателей с гребными винтами для привода судна под корпусом. По меньшей мере, один корпус выполнен герметичным и соединенным, по крайней мере, с одной емкостью для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой. Судно имеет, по меньшей мере, одну открытую снизу и закрываемую сверху герметичной крышкой трубу, предназначенную для размещения привода бурового станка, грузоподъемного механизма и длинномерных предметов, например шлангов подачи бурового раствора. Преобразователь энергии волн имеет плавучий корпус, подвешенную к нему плиту, отверстия которой перекрыты, по меньшей мере, одним клапаном, каналы для отвода и подвода воды, по меньшей мере, один электрогенератор, соединенный с турбиной, установленной в канале отвода воды, один направляющий элемент для сжатия и ввода потока воды, по меньшей мере, одно сопло, размещенное наверху сужающегося канала или входа в упомянутую турбину. Преобразователь имеет, по меньшей мере, один направляющий элемент из двух поверхностей, например полуцилиндров, совместно образующих канал внутри корпуса, сужающийся по ходу движения потока воды. Технический результат реализации группы изобретений состоит в повышении эксплуатационных качеств судна и преобразователя. 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к судам, конкретнее к судам гибридного типа, объединяющим в себе преимущества высокоскоростных судов с подводными крыльями на стойках и скрывающихся под поверхностью воды подводных лодок. Прототипом предлагаемого изобретения является высокоскоростное судно по патенту РФ на изобретение 2163555, В 63 В 1/24 с подводными крыльями на стойках и раздельными двигателями для производства промежуточного энергоносителя и двигателей для гребных винтов. Прототипом преобразователя энергии волн является судно по а.с. на изобретение СССР 54999 3 F 03 В 13/12.

Недостатком судна-прототипа является невозможность его применения одновременно в качестве высокоскоростного судна и судна, способного погружаться в воду и плавать в погруженном состоянии. Указанный недостаток устранен в предлагаемом судне.

Недостатком преобразователя энергии волн, содержащего герметичный корпус, три клапана, опущенную ниже уровня волнения воды трубу, четыре камеры и воздушную трубу, гидравлический двигатель соединенный с электрогенератором, является высокая удельная материалоемкость, сложность устройства. Указанный недостаток устранен в предлагаемом преобразователе.

Задачей изобретения является создание специального судна, имеющего возможность погружаться ниже поверхности воды и плавать в погруженном состоянии как подводная лодка, а после всплытия перемещаться с высокой скоростью над поверхностью воды в режиме высокоскоростного судна на подводных крыльях. Второй задачей является сокращение времени и удельного расхода топлива на доставку грузов. Третьей задачей изобретения является сокращение удельной материалоемкости судна и повышение безопасности плавания. Четвертой задачей является создание судна с низким уровнем шумов, обнаружение которого гидроакустическими средствами затруднено. Пятой задачей является применение судна в качестве грузоподъемного механизма для подъема затонувших предметов, в том числе судов в целом или разделенном на части виде. Шестой задачей изобретения является применение судна для выполнения подводно-технических работ, в частности добычи полезных ископаемых, при бурении, ремонте и обслуживании скважин для добычи углеводородного топлива в районах прибрежного шельфа.

Задачей изобретения преобразователя энергии волн является создание более простого и надежного в работе преобразователя меньшей удельной материалоемкости и большей эффективности.

Задачи изобретения достигаются выполнением судна, содержащего, по крайней мере, один корпус с подводными крыльями на стойках под корпусом и предназначенную для производства промежуточного энергоносителя силовую двигательную установку, снабженного: - герметичным корпусом, соединенным, по крайней мере, с одной емкостью для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой; - по крайней мере, двумя соединенными между собой герметичными корпусами; - по крайней мере, двумя соединенными между собой герметичными корпусами, каждый из которых оснащен подводными крыльями; - по крайней мере, одним двигателем с изменяемым вектором силы тяги, например водометным или с гидравлическим, или пневматическим, или электрическим приводом гребного винта, использующим промежуточный энергоноситель от упомянутой силовой двигательной установки судна; - двигательной установкой, содержащей, по крайней мере, один газотурбинный или газопаротурбинный, например, по заявке на выдачу патента на изобретение 2001104369 от 19.02.2001 г., или поршневой, или роторно-поршневой, или роторно-цилиндровый двигатель с камерой внешнего сжигания топлива или внутренней камерой сжигания топлива, или, по крайней мере, один ядерно-турбинный двигатель, соединенный с известным электрическим генератором или с известным, например роторно-цилиндровым или центробежным, или лопастным, или шестеренчатым гидравлическим или пневматическим нагнетателем текучей среды; - по крайней мере, одним, соединенным с водометным движителем судна, соплом с завихрителем потока, например шнековым; - датчиками гидроакустических колебаний, предназначенными для определения амплитуды и частоты колебаний жидкости в области каждого винта и настройки каждой пары двигателей с гребными винтами со сдвигом амплитуды колебаний на половину фазы для взаимного гашения колебаний; - по крайней мере, одной разделенной на полости трубой, предназначенной для подачи воздуха внутрь судна и выброса отработанных продуктов наружу; - по крайней мере, одной трубой предназначенной для размещения эластичного надувного элемента и баллона со сжатым газом, соединенного с пиропатроном или механизмом вскрытия баллона при достижении критического заданного давления;
- по крайней мере, одной открытой снизу трубой предназначенной для спуска и подъема грузоподъемных механизмов и людей, а также для ввода и вывода трубопроводов подачи энергоносителей к внешним потребителям;
- по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой трубой предназначенной для размещения привода бурового станка, грузоподъемного механизма и длинномерных предметов, например буровых труб, шлангов подачи бурового раствора;
- по крайней мере, одним эластичным надувным элементом, который прикреплен корпусу судна, например тросом, и предназначен для создания дополнительной подъемной силы при подъеме затонувших предметов;
- по крайней мере, одним плавучим преобразователем энергии волн, снабженным подвешенной к корпусу плитой, отверстия которой перекрыты, по крайней мере, одним клапаном, при этом внутри корпуса преобразователя последовательно размещены, по крайней мере, два сужающихся по ходу движения потока воды канала.

Задачи изобретения достигаются выполнением преобразователя энергии волн, содержащего, по крайней мере, один корпус и один клапан, снабженным:
- подвешенной к упомянутому корпусу плитой, отверстия которой перекрыты, по крайней мере, одним клапаном, при этом внутри корпуса размещены, по крайней мере, два последовательно сужающихся по ходу движения потока воды канала;
- подвесками упомянутой плиты регулируемой длины;
- по крайней мере, одним направляющим элементом, предназначенным для сжатия и ввода потока воды по кратчайшему пути;
- по крайней мере, двумя полуцилиндрами, совместно образующими канал внутри корпуса преобразователя, сужающийся по ходу движения потока воды;
- стенками корпуса, в поперечном сечении, выполненными в виде сужающейся к центру спирали или ломанной линии;
- соплами, размещенными наверху сужающихся каналов, и/или защищенными колпаками от попадания наружной воды входными соплами турбин, соединенных с электрогенераторами. Роторы турбины и электрогенератора и/или муфта, их соединяющая, могут быть снабжены дополнительными маховиками, предназначенными для сглаживания пульсаций частоты вращения ротора электрогенератора.

Схематично показано: на фиг.1 - вид сверху на судно с подводными крыльями на стойках под днищем и двигателями с гребными винтами, использующими промежуточный энергоноситель, например жидкотекучую среду или электроэнергию, от двигателя или нескольких двигателей, размещенных в корпусе судна. Герметичный корпус судна соединен, по крайней мере, с одной емкостью, размещенной, например, выше герметичного прочного корпуса, для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой; на фиг.2 - вид сбоку на то же судно в воде при перемещении его над водой за счет использования гидродинамической подъемной силы подводных крыльев; на фиг.3 - поперечный разрез того же судна в воде при перемещении его над водой за счет использования гидродинамической подъемной силы подводных крыльев; на фиг.4 - то же, что на фиг.3 для судна, снабженного четырьмя соединенными между собой прочными герметичными корпусами, при этом каждый герметичный корпус соединен, по крайней мере, с одной емкостью для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой; на фиг. 5 - фрагмент продольной стойки под днищем судна в разрезе, снабженной входным напорным патрубком и, по крайней мере, одним соединенным с водометным движителем судна, сопло которого выполнено с завихрителем потока, например, шнековым, использующим промежуточный энергоноситель от насоса (Н); на фиг.6 - в разрезе вид на то же судно, снабженное, по крайней мере, одной открытой снизу трубой, предназначенной для спуска и подъема грузоподъемных механизмов и людей, а также для ввода и вывода трубопроводов подачи энергоносителей к внешним потребителям; на фиг.7 - в продольном разрезе вид в подводном положении на то же судно, снабженное, по крайней мере, одним эластичным надувным элементом, который прикреплен к корпусу судна, например, тросом, и предназначен для создания дополнительной подъемной силы при подъеме затонувших предметов, например грейферными или другими захватами. Рядом показано вспомогательное судно, которое может взаимодействовать с первым и снабжать его и вспомогательные надувные элементы воздухом и энергоносителями; на фиг.8 - в продольном разрезе вид в подводном положении на скважину для добычи нефти и то же судно с буровой установкой, снабженное, по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой трубой, предназначенной для размещения привода бурового станка, грузоподъемного механизма и длинномерных предметов, например буровых труб, шлангов подачи бурового раствора. Рядом с вспомогательным судном-плавучим краном, в разрезе показаны плавучие преобразователи энергии волн предназначенные для гашения волн в месте проведения подводно-технических работ. Внизу показан подводный колокол над устьем скважины; на фиг.9 - в разрезе вид преобразователя энергии волн с двумя клапанами на подвешенной снизу плите и электрогенератором сверху; фиг 10 - вид сверху на преобразователь энергии волн с двумя электрогенераторами; на фиг.11 - в разрезе преобразователь энергии волн, снабженный, по крайней мере, двумя полуцилиндрами, совместно образующими канал внутри корпуса преобразователя, сужающийся по ходу движения потока воды; на фиг.12 - вид сверху на участок побережья с бухтой, защищенной от волн плавучими преобразователями энергии волн.

Положительный эффект нововведений достигается, в частности, при выполнении судна 1 (фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), содержащего, по крайней мере, один корпус с подводными крыльями на стойках под днищем и предназначенную для производства промежуточного энергоносителя, например электроэнергии или жидкотекучей среды под давлением, силовую двигательную установку, снабженного герметичным прочным корпусом 1.1 соединенным, по крайней мере, с одной емкостью 1.1.1 для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой. Емкость - легкий корпус 1.1.1 размещается выше герметичного прочного 1.1. Прочный корпус 1.1 судна 1.1 может быть выполнен одно- и многопалубным. Силовая установка 2 (СУ), генераторы промежуточных энергоносителей, например насос 3 (Н) или электрогенератор 4 (ЭГ) (фиг.5), средства управления и контроля, арматура и коммуникации подачи жидкотекучей среды, энергоносителей выполняются по известным техническим решениям и внутри судна условно не показаны. Судно 1 может быть выполнено из нескольких соединенных между собой герметичных прочных корпусов 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 (фиг.4, 8), каждый из которых оснащен общими подводными крыльями 5. Соединение герметичных корпусов может быть герметичным (фиг.8) с люками или негерметичным быстроразъемным, позволяющим отделять и оставлять на месте работ один и более герметичных прочных корпусов, например корпуса 1.3 и 1.4. Каждый герметичный прочный корпус может быть снабжен отдельным легким, например 1.1.1 и 1.2.1, отдельными подводными крыльями и двигателями б с подачей к ним промежуточного энергоносителя от общей силовой двигательной установки 2 судна. Каждый герметичный прочный корпус может иметь собственную рубку управления, автономную силовую двигательную установку или общую рубку 1.5 управления и силовую установку.

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одним двигателем 6 (фиг. 5), например водометным или с гидравлическим, или пневматическим, или электрическим приводом гребного винта 6.1 с изменяемым вектором силы тяги, использующим промежуточный энергоноситель от силовой двигательной установки 2 судна (фиг. 2, 5). Количество двигателей, их вид, типоразмер, комбинации разных двигателей определяются при проектировании судов с учетом их назначения. Использование движителей с изменением направления вектора силы тяги и применение промежуточного энергоносителя позволяет изменять направление вращения гребных винтов 6.1, 6.2, 6.3, ..., ... и направление движения судна 1 в трех плоскостях без изменения направления вращения размещенных в упомянутом герметичном прочном корпусе двигателей силовой установки 2.

Судно 1 может быть снабжено датчиками гидроакустических колебаний, предназначенными для определения амплитуды и частоты колебаний жидкости в области каждого винта и настройки каждой пары двигателей 6 с гребными винтами 6.1 со сдвигом амплитуды колебаний на половину фазы для взаимного гашения колебаний.

Судно 1 может быть снабжено силовой двигательной установкой 2 (СУ - фиг. 5), содержащей, по крайней мере, один известный газотурбинный или газопаротурбинный, например по заявке на выдачу патента на изобретение 2001104369 от 19.02.2001 г., или известный поршневой, или роторно-поршневой, или роторно-цилиндровый двигатель с камерой внешнего сжигания топлива или внутренней камерой сжигания топлива, или, по крайней мере, один ядерно-турбинный двигатель, соединенный с электрическим генератором 4 или с роторно-цилиндровым или центробежным, или лопастным, или шестеренчатым гидравлическим или пневматическим нагнетателем 3 текучей среды. Известны роторно-цилиндровые двигатели (РЦД) непрерывного сжигания топлива, по патентам на изобретения РФ 2143078, 2143570, 2153088, которые позволяют снизить токсичность продуктов сгорания и повысить кпд до 45-48% при одной роторно-цилиндровой (РЦ) газовоздушной машине и довести кпд до 70-83% при использовании в комплексе двигателя дополнительно РЦ парогазовой и РЦ паровой расширительных машин. Двигатель, содержащий торцовые крышки, подшипники и, по крайней мере, один цилиндрический ротор с ребрами в цилиндрическом корпусе с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения в дальнейшем описании назван роторно-цилиндровым (РИД). Роторно-цилиндровый (РЦ) двигатель может применяться в качестве нагнетателя, вакуум-насоса текучей среды, пневмо- и гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, различных расширительных машин. Может изготавливаться одно- или многосекционным, с общим и раздельными валами. Возможны разные варианты комплектации и компоновки двигателя/ей и двигательных установок из предложенных РИД внутреннего сгорания, РЦ пневмо- и гидронагнетателей, РЦ пневмо- и гидродвигателей в зависимости от назначения и условий эксплуатации. РЦ двигатель в различной комплектации, в том числе в составе силовых двигательных установок, может найти применение также в других известных судах. Однако наибольшее сокращение удельного расхода топлива на транспортировку грузов водным путем может быть достигнуто при его применении в сочетании с новыми высокоскоростными судами.

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одним, соединенным с нагнетателем энергоносителя 3 и водометным движителем 7 судна, соплом 7.1 с завихрителем потока, например шнековым (фиг.5), а также, по крайней мере, одной разделенной на полости трубой, предназначенной для подачи воздуха внутрь судна и выброса отработанных продуктов наружу при нахождении судна в подводном положении. Применение сопла 7.1 с завихрителем потока вместо сопла с гладкими стенками позволяет увеличить кпд водометного движителя 7 и двигательной установки 2 в целом. При этом сопло 7.1 водометного движителя 7 может быть размещено в полости шарового крана, пробка которого имеет привод от гидравлического механизма, например гидроцилиндра, или иного привода, предназначенного для изменения направления вектора силы тяги двигателя в нескольких, например трех плоскостях.

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одной трубой, предназначенной для размещения эластичного надувного элемента и баллона со сжатым газом, соединенного с пиропатроном или мембранным, сильфонным механизмом вскрытия баллона при достижении критического заданного давления, например при аварийном погружении на критическую глубину.

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одной открытой снизу трубой 8 (фиг.6, 7) предназначенной для спуска и подъема грузоподъемных механизмов, их частей, например лебедок, грейферных захватов, крюков и людей, а также для ввода и вывода трубопроводов подачи энергоносителей к внешним потребителям. Труб 8.1, 8.2, 8.3, ..., ... судно может иметь несколько (фиг.7).

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой 9.1 трубой 10, предназначенной для размещения привода 11 бурового станка, грузоподъемного механизма 11 и длинномерных предметов, например буровых труб 12, шлангов 13 подачи бурового раствора (фиг.8).

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одним эластичным надувным элементом 14, который прикреплен корпусу судна, например тросом 15, и предназначен для создания дополнительной подъемной силы при подъеме затонувших предметов 16 (фиг.6, 7). Количество дополнительных надувных элементов, компрессоров, вакуум-насосов, конструкция оболочки, устройств подачи в них и отсоса из них газообразной среды, средств их управления, контроля, условия обеспечения энергоносителями, определяется при проектировании судна с учетом его назначения.

Судно 1 может быть снабжено, по крайней мере, одним плавучим преобразователем 24 энергии волн, который снабжен подвешенной к корпусу плитой 24.1, отверстия которой перекрыты, по крайней мере, одним клапаном 24.2, при этом внутри корпуса 24.3 размещены, по крайней мере, два сужающихся по ходу движения потока воды канала 24.4 и 24.5 и/или 24.6. Размещаться указанные преобразователи 24 энергии волн могут на верхней палубе судна или внутри легкого корпуса, например 1.2.1.

Преобразователь энергии волн (фиг. 8, 9, 10, 11, 12), содержащий, по крайней мере, один корпус и один клапан, снабжен подвешенной к упомянутому корпусу 24.3 плитой 24.1, отверстия которой перекрыты, по крайней мере, одним клапаном, например 24.2, при этом внутри корпуса размещены, по крайней мере, два сужающихся по ходу движения потока воды канала 24.4 и 24.5 и/или 24.6. К герметичному корпусу 24.3 плита 24.1 подвешена на подвесках 24.7, 24.8, . .., ... регулируемой длины. Регулировка длины подвесок плиты 21.1 с отверстиями производится талрепами 24.10, 24.11, ..., .... В качестве направляющего элемента, предназначенного для сжатия и ввода потока воды по кратчайшему пути, используются продольные, промежуточные и/или боковые стенки корпуса 24.3. При этом возможно применить, по крайней мере, два полуцилиндра, совместно образующих канал, сужающийся по ходу движения потока воды. Стенки корпуса, в поперечном сечении, могут быть выполнены в виде сужающейся к центру спирали или ломанной линии. Наверху сужающиеся каналы 24.5 и 24.6 могут быть снабжены соплами 25 и/или защищенными колпаками 26.1 от попадания наружной воды турбинами с электрогенераторами 26. Роторы турбины и электрогенератора и/или муфта их соединяющая могут быть снабжены дополнительными маховиками, предназначенными для сглаживания пульсаций частоты вращения ротора электрогенератора. Отвод электроэнергии по кабелям 26.9 к потребителям и/или к размещенным вблизи электрогенераторов на стойках проблесковым сигнальным электролампам. Преобразователи энергии волн могут применяться для сигнализации о наличии опасных мест, например остовов заглушенных нефтяных скважин, затонувших кораблей, других подводных объектов, а также для защиты от разрушительной энергии волн участков побережья, в частности открытых бухт, мест проведения надводных и подводных работ, различных сооружений 24.15, стоянок судов в открытом море (фиг.12), а в отдельных районах для выработки электроэнергии внешним потребителям. Для этого они могут размещаться соединенными в замкнутые по периметру группы или разомкнутыми группами и/или раздельно (фиг.12). В открытом море они могут удерживаться в заданном месте, например вокруг морской платформы с буровой установкой, мест проведения опасных работ, судами буксирами и/или на якорях.

Корпус судна 1 выполняется обтекаемой формы, что обеспечивает минимальное аэродинамическое и гидродинамическое сопротивление при движении. Подводные крылья 5 с малым удельным гидравлическим сопротивлением и большой удельной подъемной силой обеспечивают многократное снижение силы гидравлического сопротивления корпусу судна 1 при движении в приподнятом над водой положении. Водометный двигатель 7, а также роторно-цилиндровые, лопастные, турбинные или электрические двигатели 6 с гребными винтами 6.1, которые имеют возможность поворота вектора тяги в двух - трех плоскостях, позволяют быстро поднимать корпус судна 1 из воды и одновременно набирать высокую скорость. В крейсерском режиме, после выхода корпуса судна 1 из воды и достижения необходимой скорости, двигатели 6 и/или движители 7 могут устанавливаться в горизонтальное положение специальным приводом, например гидроцилиндрами. При этом, в отличие от известных судов на подводных крыльях с наклонно расположенным валом гребного винта, обеспечивается максимальная сила путевой тяги водометных движителей 7 и гребных винтов 6.1, валы которых размещены параллельно уровню воды и имеют привод от двигателей 6.

При разработке проекта судна следует учитывать, что в отдельных районах Мирового Океана высота волн во время шторма достигает 10-15 метров. Количество, форма, размеры подводных крыльев, стоек, глубина их погружения определяются расчетами для каждого конкретного типа судов отдельно с учетом назначения и проектируемых условий эксплуатации. Расчетная глубина погружения подводных крыльев и стоек должна обеспечивать в крейсерском режиме движения судна, при максимально допустимом расчетном волнении моря, нахождение крыльев почти полностью под водой без контакта днища судна с водой. Подводные крылья, опорные стойки объединены в пространственную ферму (фиг.2, 4), которая состоит из обладающих гидродинамической подъемной силой выпуклых нижних пластин и выпуклых наклонных связывающих пластин. Нецелесообразно, но в отдельных случаях в ферме можно предусматривать вертикальные стойки, не обладающие гидродинамической подъемной силой. Ферма из нескольких подводных крыльев, стоек, корпусов судна стяжками и укосинами может быть объединена в единую жесткую и прочную конструкцию с выносной передней консолью.

Коммуникации к двигателям 6 и/или движителям 7 и от них могут быть вмонтированы в полые стойки и крылья. Генераторы 3, 4 энергоносителей роторно-цилиндровых, поршневых, электрических, газотурбинных и других двигателей могут быть соединены последовательно или последовательно и параллельно. Общий нагнетательный трубопровод от нагнетателей 3 энергоносителей всех машин силовой двигательной установки судна 2 и регулирующая арматура позволяет выровнять давление и, при необходимости, изменять силу тяги отдельных двигателей, за счет этого поворачивать судно в нужном направлении. Они позволяют вращать гребные винты 6.1 любого двигателя 6 в нужную сторону независимо от других и дают возможность поворачивать судно почти на одном месте, двигаться задним ходом без буксира. Это очень большое преимущество для эксплуатации судов в тесных гаванях и портах с причалами.

Предлагаемое выполнение судна позволит начать проектирование и строительство новых высокоскоростных судов гибридного типа с высокой степенью безопасности для плавания при высоком волнении моря с применением известных комплектующих двигателей, материалов, узлов и деталей.

Судно может быть выполнено с комбинацией транспортных ядерно-турбинных двигателей (ЯТД) с электрогенераторами в корпусе и установленными под днищем на поворотных, например шаровых, опорах электродвигателями 6 с гребными винтами 6.1. В развитых странах, и России в том числе, накоплен богатый опыт проектирования и использования транспортных и других ЯТД в ледоколах, других подводных и надводных судах, электростанциях. ЯТД может быть установлен в машинном отсеке корпуса высокоскоростного судна оптимальных размеров и водоизмещения. Большая единичная мощность ЯТД (3-27 МВт) может выгодно сочетаться в предлагаемом судне с высокой удельной гидродинамической подъемной силой подводных крыльев 5 в виде пространственной фермы и множеством простых в устройстве и эксплуатации малогабаритных электродвигателей 6 с гребными винтами 6.1 или сопел 7.1 водометных движителей 7 на жестких и поворотных опорах и стойках 8.6. При этом вполне можно достичь высокой жесткости, прочности, безопасности, непотопляемости судна.

Предложенные высокоскоростные и одновременно высокоэкономичные суда могут строиться в качестве плавучих комплексов. Они могут выполнять функции мобильных плавучих атомной электростанции, автономного центра спасения населения в чрезвычайных ситуациях с запасом продовольствия, медикаментов, транспортных средств, обученного персонала, техники для тушения пожаров на судах, терпящих бедствие. Они могут быть применены для транспортировки сухих грузов и людей, жидкотекучих грузов, в частности асептически консервированных жидких и пюреобразных пищевых продуктов, замороженных грузов, выполнять функции высокоскоростной плавбазы, то есть снабжать продовольствием, топливом, водой, вспомогательными материалами, оборудованием малые надводные и подводные суда, летательные аппараты в открытом море и принимать грузоподъемным механизмом грузы от других объектов, в том числе рыболовных судов, выполнять другие поисковые, спасательные и грузоподъемные работы. Такие высокоскоростные одно- и многокорпусные суда могут сократить время доставки грузов, удельный расход топлива, повысить безопасность плавания.

Судно 1, снабженное, по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой 9 трубой 10, предназначенной для размещения привода 11 бурового станка, грузоподъемного механизма 11 и длинномерных предметов, например буровых труб 12, шлангов 13 подачи бурового раствора (фиг.8), может применяться в качестве самодвижущейся подводной морской платформы для бурения, эксплуатации и ремонта скважин по добыче нефти, других полезных ископаемых. При этом оно может работать в комплексе с другими надводными судами, например плавучим краном 27, снабженным кассетой 27.1 для размещения и подачи внутрь судна 1 буровых труб 12, расходных материалов. Такое судно может иметь необходимый комплекс средств жизнеобеспечения для вахтового обслуживания буровой установки и бурения куста из нескольких скважин 28.1, 28.2 ,..., ..., а также обслуживания воздушного подводного колокола 29, снабженного насосной установкой 30 для извлечения нефти, и подводных цистерн 31.1, 31.2, . . ., ... для сбора и подводного хранения нефти. Это очень актуально для добычи нефти в районах прибрежного шельфа с длительным ледовым покрытием, в частности для арктического, северо-восточного и дальневосточного побережья России.

Судно (фиг. 1-8) плавает и управляется следующим образом. В тесных портах, узких бухтах судно 1 двигается как обычное с применением реактивной силы водометных движителей 7 и/или силы тяги гребных винтов 6.1, приводимых во вращение промежуточным энергоносителем, например электроэнергией, сжатой текучей средой, в частности жидкостью, от силовой двигательной установки 2 (фиг. 5). При выходе на открытое водное пространство на всех или части движителей 7 и двигателей 6 дистанционным приводом, например гидроцилиндрами, направление вектора силы тяги устанавливают под определенным расчетным углом к уровню воды и подачей топлива в силовую двигательную установку 2 увеличивают силу тяги гребных винтов 6.1 подводных двигателей 6 1 и/или движителей 7 с водометными соплами 7.1. Скорость движения судна 1 постепенно увеличивается, одновременно увеличивается гидродинамическая подъемная сила, действующая на подводные крылья 5, которая плавно поднимает корпус судна из воды. Сила сопротивления воды корпусу судна 1 при этом плавно уменьшается, скорость его движения увеличивается. Подъем корпуса судна из воды продолжается до наступления баланса сил тяжести, подъемных сил, сил тяги и сопротивления движению, который регулируется изменением мощности силовой двигательной установки 2. При правильной соразмерности водоизмещения, загруженности и мощности двигателей/я корпус судна водометными движителями 7 и/или гребными винтами 6.1 двигателей 6 может быть вынесен из воды за несколько минут. В крейсерском режиме судно движется без контакта корпуса с водой. Внешние концы подводных крыльев 5 могут находиться над поверхностью воды и этим плавно компенсировать небольшое изменение центра тяжести судна при перемещении внутри него людей, грузов (фиг.4). После достижения заданной скорости и выхода корпуса судна из воды подводные двигатели 6 и/или движители 7 с изменяемым вектором силы тяги устанавливают в исходное положение, при котором валы гребных винтов 6.1 или реактивные струи водометных сопел 7.1 параллельны уровню воды. В оптимальном режиме, после выхода корпуса судна из воды и достижения необходимой скорости, в отличие от известных мелкосидящих судов на подводных крыльях с наклонно расположенным консольным валом гребного винта, обеспечивается максимальная сила путевой тяги движителей 7 с водометными соплами 7.1 и/или гребных винтов 6.1 двигателей 6. Этим обеспечивается минимальное гидравлическое и аэродинамическое сопротивление движению судна, соответственно минимальный удельный расход топлива и максимальная скорость движения судна, которая может достигать 200-300 км/час. Чем больше отдаваемая мощность силовой двигательной установки 2 и соответственно сила тяги гребных винтов подводных двигателей 6 и/или движителей 7, тем выше скорость движения судна. Уменьшение мощности и соответственно силы тяги гребных винтов подводных двигателей 6 и/или движителей 7 позволяет судну плавно опускаться в воду и замедлять скорость движения вплоть до полной остановки. При недостаточной силе тяги под действием силы тяжести корпус судна может за несколько секунд плавно опуститься на воду и двигаться далее безопасным малым ходом или остановиться, или изменить направление движения в сторону или назад и таким маневром своевременно предупредить столкновение одного судна с другим или айсбергом, или другим опасным посторонним предметом.

Для движения в подводном положении закрывают все внешние люки, герметизируют прочный корпус, например 1.1 или 1.1 и 1.2, и 1.3, и 1.4, и изменением соотношения количества воды и воздуха в емкости/ях над прочным корпусом, например 1.1.1 или 1.1.1 и 1.2.1, и 1.3.1, и 1.4.1, судно, как обычную подводную лодку, постепенно погружают в воду до заданной глубины. Гребные винты 6.1 двигателей 6 и/или движители 7 с изменяемым вектором силы тяги при этом могут создавать силу тяги необходимого направления, способствующую увеличению или уменьшению скорости погружения или всплытия. Дальнейшее движение в подводном положении судно производит подобно подводной лодке. Скорость при этом в несколько раз меньше скорости судна в надводном крейсерском режиме.

Направление движения судна в надводном и подводном положениях регулируется направлением силы тяги гребных винтов 6.1 подводных двигателей 6 и/или движителей 7 с изменяемым вектором силы тяги. При этом часть упомянутых двигателей может работать в одном направлении, а другая часть - в обратном направлении. Этот маневр гребными винтами 6.1 двигателей 6 и/или движителями 7 с изменяемым вектором силы тяги обеспечивает поворот судна практически на месте. При плавном изменении, например уменьшении силы тяги упомянутых движителей с одной стороны корпуса и/или увеличении силы тяги с другой стороны, судно, не снижая крейсерской скорости, может постепенно менять направление движения без применения традиционных рулей направления.

В случае длительной остановки судна по любой причине, в том числе из-за высокого уровня волн, движители 7 и/или двигатели 6 с гребными винтами 6.1 выключаются, судно на время шторма временно ложится в дрейф и при необходимости герметизируется, погружается на небольшую заданную глубину (в большинстве случаев не более 7-15 м), где отсутствует круговое волновое движение частиц воды и нет периодически действующих сил, которые могли бы вызвать повреждение судна или грузов и людей в нем. Сообщение герметичного внутреннего объема прочного корпуса с атмосферой может осуществляться через разделенную перегородкой на два канала трубу над верхней палубой судна. При этом силовая двигательная установка 2, другие системы жизнеобеспечения продолжают работать, обеспечивать судно, людей электроэнергией, воздухом. Герметичное судно подобно поплавку может быть многократно накрыто высокой волной, но всякий раз всплывет и займет первоначальное положение. Для визуальной сигнализации о месте нахождения судна оно может нести над собой на тонком тросе яркоокрашенный параплан или воздушный змей с водородным баллоном легче воздуха и сигнальными огнями. Причаливает судно малым ходом, при необходимости маневрирует двигателями как описано.

Судно 1, снабженное, по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой 9.1 трубой 10, предназначенной для размещения привода 11 бурового станка, грузоподъемного механизма 11 и длинномерных предметов, например буровых труб 12, шлангов 13 подачи бурового раствора (фиг.8), плавает и управляется как описано.

Для проведения подводно-технических работ судно 1 прибывает к месту работ, опускается вниз на грунт. Дальнейшие работы проводятся с участием водолазов. Над судном 1 размещают вспомогательное судно-кран 27 и вокруг него плавучие преобразователи энергии волн 24, которые от смещения под действием ветра и волн крепят к другим судам или плавучим бочкам на якорях. Для уменьшения качки и дрейфа судна-плавучего крана 27 оно по периметру ограждается одним или двумя рядами плавучих преобразователей энергии волн 24, которые обеспечивают внутри локальной акватории практически гладкую водную поверхность. Судно-кран 27 снабжается спутниковой системой контроля координат и дополнительными двигателями, например водометными 7, для точного размещения и удержания над местом подводно-технических работ. Плавучий кран 27 опускает кассету 27.1, в виде перевернутой Т-образной площадки с гнездами для каждой трубы, в воду поближе к крышке 9.1 трубы 10. Во время операции загрузки труб раздвижные створки 10.1 и 10.2 вокруг окон трубы 10 в области привода 11 бурового станка герметично закрыты. Водолаз открывает крышку 10 с противовесом. Вода заполняет трубу 10 сверху донизу. После опускания кассеты 27.1 под воду ближе к трубе 10 водолаз по внутренней связи подает команды крановщику, который краном размещает кассету 27.1 над открытой трубой 10, после чего водолаз направляет ее конец в трубу 10 и дает команду опустить кассету 27.1 в гнездо трубы 10. Крановщик расцепляет захват, например грейферный или цанговый, над кассетой 27.1 и поднимает захват вверх. Водолаз герметично закрывает крышку 9.1 и переходит через люк 9.2 в размещенный вокруг трубы 10 воздушный колокол 9.3, герметично закрывает люк 9.2 изнутри и по внутренней связи дает команду создать внутри колокола 9.3 и в трубе 10 избыточное давление воздуха или дыхательной смеси, препятствующее поступлению воды внутрь трубы 10. Раздвижные створки 10.1 и 10.2 вокруг окон трубы 10 в области привода 11 бурового станка открывают. Внутри прочных корпусов 1.1.1 и 1.2.1 судна поддерживается избыточное давление воздуха или дыхательной смеси, соответствующее глубине погружения судна 1. С помощью дистанционного управления или с помощью оператора внутри воздушного колокола 9.3 грузоподъемным механизмом 11 буровые трубы 12 извлекают из кассеты 27.1, опускают в приемное отверстие привода бурового станка, размещенного внутри судна 1, соединяют с шлангом 13 подачи бурового раствора и начинают бурить скважину, например 28.1 с одним или несколькими стволами. После расхода буровых труб 12 из первой кассеты 27.1 водолаз выходит в воду обратным путем или через нижний конец трубы 10 и повторяет операцию загрузки новой кассеты с буровыми трубами и, при необходимости, контейнера с дополнительными расходными материалами. Бурение ведется по известной технологии с применением известных технических средств и материалов. После завершения буровых работ скважина временно закрывается превентором. Судно 1 всплывает и перемещается в сторону, а кран 27 с помощью водолаза устанавливает над скважиной подводный воздушный колокол 29 с насосом для откачки нефти. Энергоснабжение насоса 30 может осуществляться с берега по кабелю или от постороннего источника, например на судне 1 для нескольких насосов. Водолазы присоединяют к скважине необходимую арматуру и включают насос 30 для откачки нефти. Сбор нефти от насоса 30 может осуществляться на плавучие суда-танкеры или в цистерны 31, которые размещаются и хранятся под водой до востребования или весь период ледового покрытия акватории. При наличии на борту необходимых условий жизнеобеспечения обслуживающий персонал на таких судах может работать вахтовым методом достаточно длительное время.

Преобразователь энергии волн работает используя воздух внутри корпуса в качестве поршня изменяемого объема. Частицы воды, движущиеся по круговой траектории (волна), сжимают воздух, который вытесняет по сужающимся каналам воду вверх к соплам.

Преимущества предложенного судна:
- низкий удельный расход топлива на доставку грузов и пассажиров;
- высокая маневренность, в том числе задним ходом в тесных местах;
- низкая инерционность, позволяющая избегать столкновений на воде;
- быстро выводит корпус судна из воды и в надводном положении, набирает высокую крейсерскую скорость недоступную для многих других судов;
- возможность скрываться под водой в случае опасности или при необходимости;
- возможность строить высокоэкономичные высокоскоростные и разноскоростные суда разного назначения, способные плавать в любом месте Мирового океана, например патрульные, мобильные спасательные, пассажирские, грузопассажирские, спортивные, танкеры, контейнеровозы, плавучие туристические комплексы, рыболовецкие и рыбоперерабатывающие суда-заводы, большие, средние, малые рыболовные морозильные траулеры с автономными холодильниками;
- возможность применения для подводно-технических и исследовательских целей, добычи полезных ископаемых, в том числе для нефти;
- возможность размещения подводных скважин и мест разработки полезных ископаемых в более глубоких акваториях, недоступных для морских буровых платформ на стационарных опорах.

Формула изобретения

1. Судно на подводных крыльях для плавания в надводном и подводном положениях, содержащее, по крайней мере, один корпус с подводными крыльями на стойках под корпусом, а также предназначенную для производства промежуточного энергоносителя силовую двигательную установку и множество двигателей с гребными винтами для привода судна под корпусом, при этом, по крайней мере, один корпус выполнен герметичным и соединенным, по крайней мере, с одной емкостью для попеременного заполнения газообразной или жидкотекучей средой, отличающееся тем, что снабжено, по крайней мере, одной открытой снизу и закрываемой сверху герметичной крышкой трубой, предназначенной для размещения привода бурового станка, грузоподъемного механизма и длинномерных предметов, например, шлангов подачи бурового раствора.

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, одним водометным движителем с соплом, имеющим завихритель потока, например, шнековый.

3. Судно по п.1, отличающееся тем, что снабжено, по крайней мере, одной трубой, предназначенной для размещения эластичного надувного элемента и баллона со сжатым газом, соединенного с пиропатроном или механизмом вскрытия баллона при достижении критического заданного давления.

4. Судно по п.1, отличающееся тем, что снабжено, по крайней мере, одной открытой снизу трубой, предназначенной для спуска и подъема грузоподъемных механизмов и людей, также для ввода и вывода коммуникаций подачи энергоносителей к внешним потребителям.

5. Судно по п.1, отличающееся тем, что снабжено, по крайней мере. одним эластичным надувным элементом, который прикреплен к корпусу судна, например, тросом и предназначен для создания дополнительной подъемной силы при подъеме затонувших предметов.

6. Судно по п.1, отличающееся тем, что снабжено датчиками гидроакустических колебаний, предназначенными для определения амплитуды и частоты колебаний жидкости в области каждого винта и настройки каждой пары двигателей с гребными винтами со сдвигом амплитуды колебаний на половину фазы для взаимного гашения колебаний.

7. Судно по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, одним преобразователем энергии волн.

8. Преобразователь энергии волн, содержащий плавучий корпус, подвешенную к нему плиту, отверстия которой перекрыты, по крайней мере, одним клапаном, каналы для отвода и подвода воды, по крайней мере, один электрогенератор, соединенный с турбиной, установленной в канале отвода воды, один направляющий элемент для сжатия и ввода потока воды, по крайней мере, одно сопло, размещенное наверху сужающегося канала или входа в упомянутую турбину, отличающийся тем, что снабжен, по крайней мере, одним направляющим элементом из двух поверхностей, например, полуцилиндров, совместно образующих канал внутри корпуса преобразователя, сужающийся по ходу движения потока воды.

9. Преобразователь энергии волн по п.8, отличающийся тем, что снабжен подвесками плиты регулируемой длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12