Газогенератор для устройства судоподъема с больших глубин, устройство судоподъема с больших глубин и способ судоподъема с больших глубин
Изобретение относится к области судоподъема с больших глубин. Заявлена группа изобретений: газогенератор для устройства судоподъема с больших глубин, устройство судоподъема с больших глубин и способ судоподъема с больших глубин. Газогенератор имеет дисковую форму и состоит из металлического обода с решеткой в виде пластин с прорезями. В нижнюю часть обода вмонтирована гибкая трубка для пропуска воздуха. Поверх пластин с обеих сторон обода наложены жесткие пластины с перфорацией, которые накрыты газопроницаемой мембраной. Устройство судоподъема с больших глубин содержит мягкий понтон, расположенный в воде вертикально, нижняя часть которого открыта, а в верхней части имеется цилиндрическая мягкая емкость. Ниже понтона подвешен газогенератор, газоотводная трубка которого крепится к внутренней стенке понтона. Внутри понтона расположен тонкостенный вкладыш. В нижней части понтона имеются стропы и два гака. Способ судоподъема состоит в том, что понтон с подвешенным газогенератором крепят к грузовой стреле судна-килектора и стропами, оканчивающимися гаком, соединяют низ понтона с топящим грузом, который опускают на глубину залегания затонувшего объекта. Глубоководный подводный аппарат берет манипулятором другой гак и продевает его в проушину штокового устройства, предварительно установленного на затонувшем объекте. Топящий груз приподнимется краном судна-килектора и понтон обтягивает трос первого гака, освобождая второй гак. Подводный аппарат отсоединяет свободный гак от топящего груза. Кран судна-килектора поднимает его на поверхность для присоединения к следующему понтону. Обеспечивается возможность подъема как малых, так и больших затонувших объектов с любых глубин Мирового океана. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области судоподъема, а именно к средствам и способам судоподъема с больших глубин.
Известен способ судоподъема с больших глубин, не доступных для водолазов. Такой судоподъем производится с помощью мощных металлических гидрозахватов, опускаемых на тросах из подкильной части судна специальной постройки (патент РФ №2240255 от 20.11.2004 - аналог изобретения). Идею гидрозахватов, которые впервые были спроектированы в СССР для подъема ПЛ С-80, затонувшей в 1961 г. в Баренцевом море, но которые не успели изготовить в г.Сормово к назначенному времени (в 1969 г. ПЛ С-80 подняли на подкилыгых концах с глубины 200 м), использовали спустя несколько лет американцы при подъеме советской ракетной ПЛ К-129, затонувшей в 1968 г. в Тихом океане.
Мощные гидрозахваты (клещи), пригнанные точно по обводам корпуса ПЛ К-129, ухватили затонувшую ПЛ и стали поднимать ее с глубины более пяти километров. Несмотря на то, что корпус ПЛ переломился, первые два отсека были подняты на поверхность (Минченко С.В. Записки командира ЭОН-10. - Ленинград: Судостроение, 1996 г. - 109 с.).
Для реализации описанного выше способа судоподъема (наведения захватов на затонувший объект) необходимо организовать наблюдение из глубоководного подводного аппарата или с необитаемого аппарата, оснащенного телекамерой. Троса, идущие от захватов, наматываются на мощные лебедки специального судна, и затонувший объект поднимается на малую глубину (висит на тросах под килем судна). После этого он транспортируется на малые глубины и становится доступным для водолазов. Тогда может быть применен судоподъем с использованием жестких или мягких понтонов. Этот способ широко описан в технической литературе, например: Бабанин В.П. Судоподъемные работы. - Одесса: Феникс, 2006. - 44 с. (прототип изобретения).
Известен способ судоподъема с помощью судна-килектора. Он также описан в литературе (Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969 - 1978.). Суть способа состоит в том, что судно-килектор становится над затонувшим объектом и с помощью мощного крана, установленного в корме, поднимает предварительно остропленный объект.
Недостатком первого способа судоподъема является необходимость создания гидрозахватов, соответствующих форме корпуса затонувшего объекта. Усилия, которые необходимо приложить для отрыва затонувшего объекта от грунта, часто составляют тысячи тонн. Судно специальной постройки должно иметь большое водоизмещение и очень мощные лебедки, а длина тросов может достигать 5000 и более метров. Такой способ судоподъема очень дорог и экономически не целесообразен (ведь поднимаем то уже металлолом). Американцами он использовался для подъема затонувшей советской ракетной подводной лодки с разведывательными целями в разгар «холодной войны».
Второй способ судоподъема (с использованием судна-килектора) требует, чтобы вес затонувшего объекта не превышал грузоподъемности крана килектора (обычно до 400 тонн). Это накладывает серьезные ограничения на водоизмещение поднимаемых объектов. Возможно применение двух килекторов, тогда вес поднимаемого объекта может быть увеличен.
Третий способ судоподъема (с использованием судоподъемных понтонов) не может быть применен на больших глубинах, т.к. требует применения водолазного труда (работы по размыву грунта, пробивки тоннелей, заводки тросов, остропки понтонов и др.). Он продолжителен по времени, трудоемок и дорог.
Задачами настоящего изобретения являются существенное снижение затрат при судоподъеме и возможность подъема как малых, так и больших затонувших объектов практически с любых глубин Мирового океана.
Предлагаемый способ и устройства для судоподъема с больших глубин не требуют создания специальных судов и мощных гидрозахватов. Судоподъем выполняется с помощью мягких понтонов специальной конструкции, которые заполняются воздухом из газогенератора-экстрактора. Понтоны крепятся к затонувшему объекту с помощью обитаемого глубоководного подводного аппарата неизвлекаемыми штоковыми устройствами (например, гарпунного типа), закладываемыми в специально приготовленные отверстия в корпусе затонувшего объекта.
Суть предложенных устройств поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство газогенератора-экстрактора.
На фиг.2 изображено устройство мягкого понтона.
Газогенератор-экстрактор (фиг.1) имеет форму диска и состоит из металлического обода 1 с решеткой в виде платин 2 с прорезями, вставленных друг в друга. В нижнюю часть обода вмонтирована гибкая трубка 3 для пропуска воздуха в понтон, расположенный выше газогенератора. Поверх пластин 2 с обеих сторон обода накладываются жесткие пластины 4 с перфорацией (мелкими отверстиями). Пластины 4 с обеих сторон накрываются газопроницаемой мембраной 5, (например, полиэтиленовой пленкой, как это было в эксперименте). Края мембраны подгибаются по ободу, сажаются на жидкий герметик и обматываются бандажом. Вся описанная конструкция помещается в кожух 6 с решеткой (кожух 6 надевается на обод 1 с обеих сторон), который защищает мембрану от механических повреждений, но не препятствует свободному доступу воды.
Конструкция понтона (фиг.2) отличается от традиционной. Понтон 7 должен быть мягким и в воде расположенным вертикально. Нижняя часть понтона должна быть открыта для сброса излишнего воздуха при его расширении во время всплытия. В верхней части понтона имеется цилиндрическая мягкая емкость 8 значительно меньшего диаметра (аппендикс), в которой всегда находится воздух (хотя бы в верхней части аппендикса). Она заканчивается мягким огоном для 9 переноски понтона грузовой стрелой. Ниже понтона подвешивается газогенератор 10, газоотводная трубка 3 которого крепится к внутренней стенке понтона и поднимается до самого верха (оканчивается в аппендиксе, в воздушном пузыре). В нижней части понтона находятся стропы 11 и гак 12, с помощью которых понтон удерживается на затонувшем объекте. Рядом на отдельном тросе находится гак 13, к которому подвешивается груз, топящий понтон (чугунная болванка или «мертвый якорь» из бетона). Внутри понтона имеется тонкостенный вкладыш 14, выполненный в виде цилиндра из тонкой водонепроницаемой ткани. Он заполняет понтон примерно на 3/4 и служит для придания понтону цилиндрической формы и положительной плавучести после того, как понтон, находившийся при транспортировке в сложенном состоянии, будет поднят грузовой стрелой и приготовлен к погружению. В верхней части понтона вкладыш упирается в капроновую сетку 15, которая не позволяет ему подниматься выше в аппендикс, при обжатии водой. В нижнюю часть вкладыша 14 вмонтирован гибкий резиновый шланг 16 для заполнения вкладыша воздухом. Шланг имеет зажим 17 для его герметизации. Поскольку мягкий вкладыш с воздушным пузырем имеет положительную плавучесть, он перекрывает всю внутреннюю верхнюю часть понтона. Для свободного прохода воздуха из верхней части понтона в нижнюю и отвода конденсата, капающего из трубки газогенератора, вдоль внутренней поверхности понтона проложены гибкие гофрированные шланги 18 с перфорацией (мелкими отверстиями) по всей поверхности, которые соединяют нижнюю часть понтона с верхней.
Способы крепления понтона к затонувшему объекту могут быть различны. Например, с помощью подводного аппарата (ПА) можно доставить к затонувшему судну специальные коммулятивные заряды взрывчатого вещества и пробить отверстия в борту затонувшего судна. Затем установить в них неизвлекаемые штоковые устройства 19, а в проушину в хвостовой части штока ввести гак 12, соединенный со стропами понтона 11. Можно ввести неизвлекаемые штоковые устройства и в иллюминаторы затонувшего судна, разбив стекла.
На больших глубинах (свыше 1000 м) взрывчатые вещества малоэффективны и отверстия в бортах затонувшего объекта можно прорезать (прожечь) мощным лазером, крепящимся на корпусе затонувшего объекта с помощью электромагнитов. Лазер устанавливается в нужном месте глубоководным ПА (его манипуляторами) и питается электроэнергией с судна обеспечения.
Работает система судоподъема следующим образом.
Принцип работы подводного газогенератора-экстрактора заключается в его способности извлекать (экстрагировать) растворенный в воде газ и заполнять им понтон, если существует разность давлений между понтоном и газогенератором.
Поскольку газогенератор находится ниже понтона, то имеется разность давлений снаружи и внутри газогенератора (с обеих сторон газопроницаемой мембраны). Внутри газогенератора давление воздуха равно давлению воздуха в верхней части понтона (выравнивается через трубку 3). Разность давлений между внутренней и наружной поверхностью газогенератора может достигать одного кг/см2 (при разности высот между аппендиксом и газогенератором 10 м). Газ, растворенный в воде, через микропоры в мембране (пленке) проникает во внутреннюю часть газогенератора, повышая в ней давление (подтверждено экспериментом, копии протоколов прилагаются). Из-за этого воздух поднимается по трубке 3 вверх и отжимает воду из понтона. Этот процесс может происходить на любой глубине, поскольку воздух растворен в океане во всех слоях воды практически равномерно.
Однако во внутреннюю часть генератора будут проникать и пары воды (там влажность 100%). Они будут конденсироваться и стекать по стенкам вниз. Если эту воду не удалять, то постепенно газогенератор заполнится дистиллированной водой и процесс экстракции газа из воды прекратится. Для автоматического удаления конденсата из газогенератора отводная трубка 3 должна иметь небольшой внутренний диаметр (2-3 мм) и должна быть выполнена из водоотталкивающего материала (например, фторопласта) или покрыта изнутри водоотталкивающим покрытием (маслом). Тогда очередная капля воды, попавшая в трубку, будет подниматься вверх в виде пробочки, выдавливаемая воздухом. Поскольку стенки трубки водоотталкивающие, то капля не сможет стечь вниз (из-за малого диаметра трубки проход воздуха через водяную пробочку в виде пузырей не возможен). Таким образом, капля воды дойдет до конца трубки 3 и упадет вниз. Далее она стечет по трубкам 18 в воду. Так работает система автоматического удаления конденсата из внутренней части газогенератора.
Технология судоподъема заключается в следующем.
В район затонувшего объекта прибывает судно-килектор с глубоководным ПА на борту и мостовым краном в корме. В трюме судна уложены друг на друга мягкие понтоны 7 с присоединенными к ним газогенераторами 10. Судно в режиме позиционирования над объектом спускает ПА, который проделывает в бортах затонувшего объекта отверстия в которые вставляет неизвлекаемые штоковые устройства.
Далее с помощью грузовой стрелы рабочие судна поднимают из трюма за мягкий огон 9 очередной понтон и подносят его к кормовой части судна, где имеется 100-тонный кран. Понтон 7 сплющен и висит над водой, ниже его висит газогенератор 10. Из понтона выходит гибкий шланг 16, который присоединен к нижней части тонкостенного мягкого вкладыша 14. Этот шланг рабочие подсоединяют к судовой магистрали воздуха среднего давления и начинают заполнять вкладыш воздухом. Цилиндрический вкладыш надувается и расправляет стенки понтона. Понтон приобретает форму цилиндра. Рабочие перекрывают мягкий шланг (накладывают зажим 17) и отсоединяют его от магистрали среднего давления.
В это время к мостовому крану судна должен быть подвешен топящий груз (болванка из чугуна или бетона с отрицательной плавучестью, превышающая грузоподъемность понтона). Стропы понтона 11 с помощью гака 13 рабочие крепят к рыму груза. Груз начинают опускать на глубину. Вместе с ним погружается и понтон. Когда верхняя часть понтона достигает поверхности воды, рабочие отцепляют трос грузовой стрелы от огона 9. Далее понтон опускают на глубину залегания затонувшего объекта. Воздух в тонкостенном вкладыше 14 и в верхней части понтона - аппендиксе 8 постепенно сжимается (из нижней части в верхнюю воздух перетекает по трубкам 18) и понтон заполняется водой.
Когда понтон достигнет затонувшего объекта, ПА берет манипулятором гак 12 (это второй гак, поскольку первый гак 13 прицеплен к грузу) и продевает его в проушину штокового устройства 19. После этого груз приподнимется мостовым краном судна-килектора и понтон (с оставшимся сжатым воздухом) обтягивает трос гака 12, освобождая гак 13. ПА отсоединяет гак 13 от груза и кран судна-килектора поднимает топящий груз на поверхность для присоединения к нему следующего понтона. Операция повторяется до тех пор, пока не будут опущены на глубину и присоединены к затонувшему объекту все необходимые понтоны. Высота расположения понтонов над затонувшим объектом может изменяться в зависимости от расположения отверстий со штоковыми устройствами 19 и длины стропов 11.
После установки понтонов 7 газогенераторы-экстракторы 10 начинают заполнять понтоны воздухом, растворенным в воде. Этот процесс может занять несколько месяцев. Когда понтоны заполнятся так, что их подъемная сила окажется больше веса затонувшего объекта, начнется процесс всплытия, который будет сопровождаться бурным выделением пузырей на поверхности океана. (Из верхней части понтона в нижнюю воздух будет поступать через трубки 18. Через трубку 3 расширяющийся воздух из газогенератора 10 будет выходить в аппендикс 8.) После этого на поверхности воды окажутся верхние части понтонов, а затем и затонувший объект.
В силу инерции всплытия его выбросит на поверхность. Верхние понтоны при этом лягут на воду, но воздух из них не выйдет, поскольку будут раздуты внутренние цилиндрические вкладыши 14, заполненные воздухом еще перед погружением понтона. Далее поднятый объект погрузится под воду и повиснет на понтонах (возникнет ряд затухающих колебательных движений). Теперь к нему с помощью водолаза можно присоединить буксирный конец и буксировать на мелководье. Там водолазы заведут к бортам затонувшего объекта обычные жесткие горизонтальные понтоны и поднимут объект в надводное положение или положат его на грунт и разрежут на металлолом.
Величина грузоподъемности мягких понтонов может изменяться от 20 до 100 тонн (целесообразен ряд грузоподъемности в 20; 50 и 100 тонн). Все зависит от прочности металла корпуса поднимаемого объекта. Он не должен рваться при приложении необходимого усилия к неизвлекаемому штоковому устройству.
1. Газогенератор для устройства судоподъема с больших глубин, имеющий дисковую форму, отличающийся тем, что, с целью экстракции газов из морской воды, он включает в себя металлический обод с решеткой в виде пластин с прорезями, вставленных друг в друга, в нижнюю часть обода вмонтирована гибкая трубка небольшого диаметра из водоотталкивающего материала, а поверх пластин с обеих сторон обода наложены жесткие пластины с перфорацией, которые с обеих сторон накрыты газопроницаемой мембраной, и вся конструкция помещена в кожух с решетками, защищающий мембраны от механических повреждений.
2. Устройство судоподъема с больших глубин, содержащее мягкий понтон, имеющий необходимую прочную обвязку, отличающийся тем, что понтон расположен вертикально и нижняя часть понтона открыта для сброса излишнего воздуха, а в верхней части понтона имеется цилиндрическая мягкая емкость значительно меньшего диаметра - аппендикс, ниже понтона подвешен газогенератор, газоотводная трубка которого крепится к внутренней стенке понтона и поднимается до самого верха, оканчиваясь в аппендиксе, внутри понтона имеется вкладыш, выполненный в виде цилиндра из тонкой водонепроницаемой ткани, который заполняет понтон примерно на 3/4 объема, в верхней части понтона вкладыш упирается в капроновую сетку, которая не позволяет ему подниматься в аппендикс при обжатии водой, а в нижнюю часть вкладыша вмонтирован гибкий резиновый шланг с зажимом для его герметизации, вдоль внутренней поверхности понтона проложены гибкие гофрированные шланги с перфорацией по всей поверхности, которые соединяют нижнюю часть понтона с верхней, в нижней части понтона также имеются стропы и два гака, с помощью одного из них понтон удерживается на затонувшем объекте, к другому подвешивается топящий понтон груз.
3. Способ судоподъема с больших глубин, основанный на применении мягких судоподъемных понтонов, газогенераторов и судна-килектора, отличающийся тем, что каждый понтон с подвешенным ниже его газогенератором крепят за огон аппендикса к грузовой стреле судна и поднимают, затем соединяют один из двух гаков понтона с топящим грузом, который предварительно подвешен на кормовом кране судна-килектора, гибкий шланг тонкостенного вкладыша понтона подсоединяют к судовой магистрали воздуха среднего давления, заполняют вкладыш воздухом и накладывают на шланг зажим, затем топящий груз вместе с понтоном опускают на глубину залегания затонувшего объекта, там глубоководный подводный аппарат берет манипулятором другой гак понтона и продевает его в проушину неизвлекаемого штокового устройства, предварительно установленного на затонувшем объекте, после чего топящий груз приподнимают краном судна-килектора и в результате понтон с оставшимся сжатым воздухом обтягивает трос первого гака, освобождая второй гак, подводный аппарат отсоединяет свободный гак от топящего груза, и кран судна-килектора поднимает груз на поверхность для присоединения следующего понтона.
