RU2268193C2

RU2268193C2 - Ice-breaking ship

Info

Publication number: RU2268193C2
Application number: RU2003135228/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Алексеев (RU); Юрий Николаевич Алексеев; шов Валерий Адамович Бел (RU); Валерий Адамович Беляшов; Олег Николаевич Беззубик (RU); Олег Николаевич Беззубик; Валерий Иванович Денисов (RU); Валерий Иванович Денисов
Original assignee: ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова"
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2006-01-20
Also published as: RU2003135228A

Abstract

FIELD: shipbuilding; building of icebreaking ships.

SUBSTANCE: proposed icebreaking ship is provided with ice-removal strake in area of stern on flat section of bottom; this strake is wedge-shaped in plan and pointed end of wedge is oriented towards stern; it is also provided with icebreaking teeth mounted in front of and behind swinging propellers; they project below level of ice-removal strake.

EFFECT: enhanced protection of ship's propeller-and-steering complex against ice both at ahead and astern running.

4 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к ледокольным судам и буксирам, предназначенным для эксплуатации во льдах.The invention relates to shipbuilding, in particular to icebreaking vessels and tugs intended for use in ice.

В настоящее время наблюдается интенсивное освоение месторождений углеводородов на арктическом шельфе России. Ведутся работы по созданию морских буровых ледостойких платформ и загрузочных терминалов. Для обеспечения операций по загрузке нефтью танкеров создаются специализированные ледокольные суда. Они должны обеспечивать безопасное проведение швартово-загрузочных операций в море при наличии льда. В районах расположения добычных платформ и терминалов лед находится в непрерывном дрейфе. При этом направление дрейфа может резко изменяться, вплоть до противоположного. Для обеспечения безопасной загрузки танкеров ледокол обеспечения должен приготавливать, а затем поддерживать в течение всего времени загрузки майну с разреженным мелкобитым льдом. Для этого требуется выполнение частых маневров по разрушению подходящих к месту загрузки ледовых образований, включая торосистые гряды, расположенные в полях дрейфующего льда. При этом ледокольные суда могут двигаться как носом, так и кормой вперед, а также при любых углах дрейфа на циркуляциях во льдах. Поэтому ледоколы обеспечения оборудуются полноповоротными винторулевыми колонками (ВРК), которые находят все более широкое применение на судах, в том числе ледового плавания.Currently, intensive development of hydrocarbon deposits on the Arctic shelf of Russia is observed. Work is underway to create offshore drilling ice-resistant platforms and loading terminals. Specialized icebreaking vessels are being created to provide operations for loading oil on tankers. They should ensure the safe conduct of mooring and loading operations at sea in the presence of ice. In areas where mining platforms and terminals are located, ice is in continuous drift. In this case, the direction of the drift can change sharply, up to the opposite. To ensure safe loading of tankers, the support icebreaker must prepare and then maintain a lane with rarefied fine ice during the entire loading time. This requires frequent maneuvers to destroy ice formations suitable for the loading site, including hummock ridges located in the fields of drifting ice. At the same time, icebreaking vessels can move forward and stern forward, as well as at any drift angles on ice circulation. Therefore, support icebreakers are equipped with full-rotary helical columns (WRC), which are increasingly used on ships, including ice navigation.

Увеличение тяговых характеристик движительного комплекса ледокольных судов представляет практический интерес использование комплекса "гребной винт-насадка". При этом можно получить увеличение тяги на 25-30%. Однако применение направляющих насадок до настоящего времени сдерживается тем, что при работе ледоколов в ледовых условиях наблюдается забивание входного отверстия насадки обломками льда. При этом тяга комплекса падает до нуля. Требуется применение специальных мер по защите насадок и движителей в целом как для уменьшения сил воздействия льда на ВРК, так и для обеспечения сохранения тяговых параметров движителей при работе судна в ледовых условиях.An increase in the traction characteristics of the propulsion system of icebreaking vessels is of practical interest to use the propeller-nozzle complex. In this case, you can get an increase in traction by 25-30%. However, the use of guiding nozzles to date is constrained by the fact that when icebreakers operate in ice conditions, clogging of the nozzle inlet by ice fragments is observed. In this case, the thrust of the complex drops to zero. Special measures are required to protect nozzles and propulsors as a whole, both to reduce the forces of ice impact on the air defense system and to maintain the propulsion parameters of propulsors when the vessel is operating in ice conditions.

Применение на судне ВРК приводит к необходимости использования специальных обводов кормовой оконечности. Ее характерной особенностью является наличие значительного плоского днища в месте расположения ВРК для обеспечения возможности полного поворота ВРК на 360 градусов. Этот кормовой участок днища находится на относительно малой глубине вследствие необходимости размещения поворотных движителей.The use of the WRC on board the vessel necessitates the use of special contours of the feed end. Its characteristic feature is the presence of a significant flat bottom at the location of the air defense system to ensure the possibility of a complete rotation of the air defense system by 360 degrees. This aft section of the bottom is located at a relatively shallow depth due to the need for placement of rotary movers.

Шпангоуты в этой области имеют П-образную форму с развитыми закруглениями в зоне переходов от борта к днищу, которое имеет обширные горизонтальные участки. При такой форме кормы практически весь разрушаемый корпусом судна лед попадает к движителям, воздействуя на них.The frames in this area are U-shaped with well-developed curves in the transition zone from side to bottom, which has extensive horizontal sections. With this form of stern, almost all of the ice destroyed by the hull of the vessel gets to the movers, acting on them.

Известно ледокольное судно, содержащее винторулевые колонки с гребными винтами, размешенными внутри направляющих насадок, ледокольную корму с ледоломким участком, переходящим в плоский участок днища, днище с плавным подъемом батаксов в районе кормы, ледоотводящий клин в районе днища (см. рекламный блок фирмы Rauma, Финляндия, на ледокольные суда типа Fennica и Nordica, 8 стр., 1993 г.), принятое нами за прототип.An icebreaking vessel is known that contains propeller-driven columns with propellers located inside the guide nozzles, an icebreaking stern with an ice-breaking section turning into a flat section of the bottom, a bottom with a smooth rise of buttocks in the stern area, an ice-removing wedge in the area of the bottom (see Rauma advertising block, Finland, for icebreakers such as Fennica and Nordica, 8 pp., 1993), which we adopted as a prototype.

Недостатком известного ледокольного судна является то, что форма кормовой оконечности не защищает движительный комплекс от льдин. На переднем ходу двигающиеся с носовой оконечности вдоль днища и бортов судна льдины свободно попадают в район движителей ВРК.A disadvantage of the known icebreaking vessel is that the shape of the stern end does not protect the propulsion system from ice floes. In forward motion, ice floes moving from the bow along the bottom and sides of the vessel freely fall into the area of propulsion systems.

Существенно большие негативные качества такая форма кормы имеет на режиме движения судна задним ходом и при маневрировании. На заднем ходу из-за П-образности кормовых ветвей ватерлиний затрудняется раздвигание льдин в стороны. Поэтому по мере отхода судна в сплоченных и торосистых льдах сначала происходит разрушение и набивание льда в районе кормы. При дальнейшем движении происходит сжатие всторошенного льда, затем происходит притапливание ледового образования до осадки, равной осадке кормовых шпангоутов в районе расположения ВРК. После чего весь лед продвигается к ВРК. Происходит дальнейшее набивание льда в кормовом подзоре перед ВРК и судно начинает тормозиться за счет ледовых сил, действующих не столько на корпус, сколько на насадку и стойку поворота ВРК. Отмеченная негативная особенность усугубляется при работе судна в торосах. При этом возникают значительные ледовые нагрузки на поворотных колонках.This form of stern has significantly greater negative qualities in the mode of movement of the vessel in reverse and during maneuvering. In reverse, due to the U-shape of the aft branches of the waterlines, it is difficult to push the ice in the sides. Therefore, as the ship departs in the cohesive and hummock ice, ice is first destroyed and filled in the stern area. With further movement, the crushed ice is compressed, then the ice formation is thawed to a precipitation equal to the draft of the feed frames in the area of the WBK. After that, all the ice moves to the WRC. Further accumulation of ice occurs in the stern gap in front of the air defense ship and the ship begins to slow down due to the ice forces acting not so much on the hull, but on the nozzle and stand of the air defense turn. The noted negative feature is exacerbated by the operation of the vessel in hummocks. In this case, significant ice loads arise on the turning columns.

На переднем ходу движительный комплекс образует поток воды, который способствует удалению льдин с кормовой оконечности судна. Этот поток способствует продвижению льда к ВРК, подсасывает даже те льдины, траектория движения которых не совпадает с габаритами насадок. При попадании достаточно крупной льдины, которая не может пройти сквозь насадку, происходит лавинообразное забивание входного отверстия насадки льдом, и ВРК резко теряет тягу. При этом упор винта падает до нуля. Удаление льда в корме потоком воды от ВРК прекращается. Судно тормозится при отсутствии тяги. Значительные силы действуют на ВРК.At the front, the propulsion system forms a stream of water, which helps to remove ice from the aft end of the vessel. This flow contributes to the advancement of ice to the WRC, it even draws in ice floes whose trajectory does not coincide with the dimensions of the nozzles. When a sufficiently large ice floe enters, which cannot pass through the nozzle, an avalanche-like clogging of the nozzle inlet hole occurs with ice, and the air-breathing apparatus sharply loses traction. In this case, the screw stop falls to zero. Removal of ice in the stern by the flow of water from the WRC stops. The vessel brakes in the absence of traction. Significant forces act on the WRC.

Заявляемое изобретение решает задачу обеспечения конструктивной защиты ВРК ледокольного судна от воздействия на них разрушаемых в процессе движения судна обломков льда как при работе судна на режиме переднего хода, так и на заднем ходу.The claimed invention solves the problem of providing constructive protection of the WRC of an icebreaking vessel from exposure to ice debris that is destroyed during the movement of the vessel, both when the vessel is in forward and reverse modes.

Для этого ледокольное судно, содержащее винторулевые колонки с гребными винтами, размешенными внутри направляющих насадок, днище с плавным подъемом батоксов в районе кормы, ледокольную корму с ледоломким участком, переходящим в плоский участок днища, и ледоотводящий клин на днище судна, снабжено расположенными на упомянутом плоском участке днища в районе кормы ледоотводяшим поясом клинообразной формы в плане с острием клина, ориентированным в сторону кормы, и ледоразрушаюшими зубьями, размешенными за и перед винторулевыми колонками и выступающими ниже уровня поверхности ледоотводяшего пояса.For this, an icebreaking vessel containing propeller-driven columns with propellers placed inside the guide nozzles, a bottom with a smooth rise of buttocks in the stern area, an icebreaking stern with an ice-breaking section turning into a flat section of the bottom, and an ice-removing wedge on the bottom of the vessel are equipped with those located on the said flat a section of the bottom in the stern area with a wedge-shaped ice-removing belt in plan with a wedge tip oriented towards the stern and ice-breaking teeth placed behind and in front of the helical columns and ystupayuschimi ledootvodyashego below the surface zone.

Эта эшелонированная защита обеспечивает отбрасывание или разрушение льдин еще до их подхода к ВРК. Эта же защита, расположенная на корпусе судна, обеспечивает остановку судна, не передавая большие ледовые нагрузки на ВРК.This layered defense provides the rejection or destruction of ice floes before they approach the WRC. The same protection, located on the hull of the vessel, provides a stop of the vessel without transferring large ice loads to the air defense system.

Конструктивная защита винторулевых колонок обеспечивается путем изменения формы кормовой оконечности ледокольного судна за счет установки ледоотводящего пояса и ледоразрушающих зубьев. Эти средства защиты от попадания крупных льдин к винторулевым колонкам с направляющими насадками установлены в местах, где льдины наименее слабо взаимодействуют друг с другом. Это снижает ледовые нагрузки на сами элементы защиты.Constructive protection of propeller-driven columns is provided by changing the shape of the aft end of the icebreaking vessel by installing an ice-removing belt and ice-breaking teeth. These means of protection against the ingress of large ice floes to the helmsman columns with guide nozzles are installed in places where the ice floes interact least with each other. This reduces the ice load on the protection elements themselves.

Предлагаемые конструктивные элементы не только способствуют максимальной защищенности ВРК и насадок от попадания льда и забивания насадок, но и исключают возможность навала ВРК на ледовые образования (торосы, наслоения и т.д.) при отходах ледокола задним ходом, что резко снижает нагрузки на ВРК.The proposed structural elements not only contribute to the maximum protection of the air defense assembly and nozzles from ice and clogging of nozzles, but also exclude the possibility of collapse of the air defense assembly on ice formations (hummocks, layers, etc.) when the icebreaker wastes in reverse, which sharply reduces the load on the air defense system.

Ледоотводящий пояс устанавливается в районе, где на заднем ходу судна завершается процесс поворота и притапливания первых секторов обломанного изгибом льда, в местах перехода бортовых ветвей шпангоутов в практически плоское днище, характерное для судов, оборудованных ВРК. Стенки ледоотводящего пояса расположены вертикально с возможным отклонением от вертикали ±10°. Его высота равна 0,1-1,0 толщины льда. Он представляет собой козырек профилированной формы: в плане ледовый пояс имеет клинообразную форму, обращенную клином в сторону кормы судна, что способствует отводу льдин в стороны бортов при движении судна задним ходом. Наружные границы ледоотводящего пояса расположены таким образом, что полноповоротные винторулевые колонки при вращении все время находятся внутри зоны пояса и защищаются им на заднем ходу и при маневрировании судна. При отходах назад ледоотводящий пояс будет воспринимать большую часть ледовой нагрузки и останавливать судно, не передавая силы на ВРК. Уровень ледовых нагрузок, воздействующих на ВРК, снизится за счет этого до безопасной величины. При этом может несколько ухудшиться ходкость судна в сплошных или смерзшихся льдах на заднем ходу. В битых льдах значительного ухудшения не произойдет.An ice discharge belt is installed in the area where, in reverse, the process of turning and melting the first sectors of ice broken off by the bend ends, at the places where the side branches of the frames transition into a practically flat bottom, typical for ships equipped with airborne navigation systems. The walls of the ice belt are located vertically with a possible deviation from the vertical of ± 10 °. Its height is 0.1-1.0 ice thickness. It is a visor of a profiled shape: in plan, the ice belt has a wedge-shaped shape, turned by the wedge towards the stern of the vessel, which contributes to the removal of ice to the sides when the ship moves in reverse. The outer boundaries of the ice-releasing belt are located in such a way that the full-rotor helical columns during rotation are always inside the zone of the belt and are protected by it in reverse and when maneuvering the vessel. In the event of a waste, the ice belt will absorb most of the ice load and stop the vessel without transmitting force to the air defense system. The level of ice loads affecting the air defense system will decrease due to this to a safe value. In this case, the propulsion of the vessel in solid or frozen ice in reverse can be somewhat impaired. In broken ice, no significant deterioration will occur.

Специальные ледоразрушающие зубья, установленные за направляющими насадками, при движении судна задним ходом дополнительно снижают энергию ударных воздействий крупных льдин на насадки.Special ice-breaking teeth installed behind the guide nozzles, when the vessel is moving in reverse, additionally reduce the energy of the shock effects of large ice floes on the nozzles.

Ледоразрушающие зубья, установленные в кормовой части днища за ВРК на линии периметра ледоотводящего пояса или несколько впереди его, препятствуют при движении судна задним ходом подсасыванию льдин гребными винтами из подводной части всторошенного ледового образования и забиванию насадок льдом, а также защищают ВРК от ударов о крупные льдины, не удаленные ледоотводящим поясом. Они расположены под углом стреловидности для отвода обломков льдин в стороны от ВРК. Их форма, расположение и размеры, а также степень эффективности, выражающаяся в уменьшении вероятности значительных ледовых воздействий на ВРК, могут быть окончательно определены на основании модельных испытаний в ледовом бассейне.Ice-destroying teeth installed in the aft part of the bottom behind the ice rink on the perimeter line of the ice take-off belt or slightly in front of it, prevent the ice from being sucked in by propellers from the underwater part of the iced ice formation and to clog the nozzles with ice, and protect the ice rink from impacts on large ice not removed by the ice belt. They are located at an angle of sweep for the removal of ice fragments to the sides of the air defense system. Their shape, location and size, as well as the degree of effectiveness, expressed in reducing the likelihood of significant ice impacts on the air defense systems, can be finally determined on the basis of model tests in the ice basin.

Для защиты поступления больших льдин при движении судна передним ходом на днище судна в зоне подъема кормовых ветвей батоксов перед ВРК также устанавливаются передние ледоразрушающие зубья. Они способствуют раскалыванию и отбрасыванию в стороны бортов больших льдин, поступающих к ВРК при движении ледокольного судна передним ходом. Льдины шириной менее, чем его толщина, опасности для ВРК не представляют. Передние зубья устанавливаются также под углом стреловидности, чтобы обеспечить сброс больших блоков льда, двигающихся по направлению к ВРК. Таким образом, предотвращается взаимодействие ВРК с большими обломками льда. Это снижает как уровень ледовых нагрузок, так и частоту забивания льдом насадок. При этом обтекание судна водой не ухудшается.To protect the influx of large ice floes when the vessel is moving forward in front of the vessel’s bottom, front ice-breaking teeth are also installed in front of the buttock in the area of raising the aft branches of buttocks. They contribute to the splitting and knocking to the sides of the sides of large ice floes entering the air defense ship when the icebreaker is moving forward. Ice floes with a width less than its thickness do not constitute a hazard to the WRC. The front teeth are also set at an angle of sweep to ensure the discharge of large blocks of ice moving towards the WBK. Thus, the interaction of the WBK with large fragments of ice is prevented. This reduces both the level of ice loads and the frequency of ice clogging of nozzles. In this case, the flow around the vessel with water does not deteriorate.

Поскольку как ледоотводяший пояс, так и ледоразрушающие зубья препятствуют движению льда, они воспринимают значительные ледовые нагрузки, которые в настоящее время воспринимаются ВРК. Это должны быть силовые конструкции судна. Они способствуют остановке судна, не передавая эти нагрузки на ВРК. При этом практически вся энергия динамического взаимодействия судна с ледовым образованием воспринимается корпусом с установленными на нем элементами защиты, а ВРК будет работать в существенно более благоприятных условиях, чем на обычных ледоколах с традиционной формой кормы. Точные размеры и места расположения ледоотводящего пояса и ледоразрушающих зубьев определяются при испытаниях моделей в ледовом бассейне. При установке ледоотводящего пояса чрезмерно больших размеров (высоты), более толщины льда, увеличится жесткость динамических взаимодействий корпуса со льдом, возрастут ускорения при торможении, заметно снизится ходкость судна задним ходом.Since both the ice-removing belt and the ice-destroying teeth impede the movement of ice, they perceive significant ice loads, which are currently perceived by the WRC. It should be the power structure of the vessel. They contribute to the stop of the vessel without transferring these loads to the WRC. At the same time, almost all the energy of the vessel’s dynamic interaction with the ice formation is perceived by the hull with the protective elements installed on it, and the RCS will work in much more favorable conditions than on conventional icebreakers with a traditional stern shape. The exact sizes and locations of the ice belt and ice-breaking teeth are determined by testing models in the ice basin. When installing an ice-removing belt of excessively large sizes (heights), more than the thickness of the ice, the stiffness of the dynamic interactions of the hull with the ice will increase, acceleration during braking will increase, and the ship's backward speed will noticeably decrease.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический вид ледокольного судна сбоку, на фиг.2 - схематический вид снизу кормовой части судна фиг.1, на фиг.3-4 - фотографии кормовой части судна.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a schematic side view of an icebreaking vessel, Fig. 2 is a schematic bottom view of the stern of the ship of Fig. 1, Figs. 3-4 are photographs of the stern of a vessel.

Ледокольное судно (см. фиг.1) содержит корпус 1, ледокольную корму с заостренной ледоломной поверхностью 2 и плоской частью 3 в районе расположения винторулевых колонок 4 с гребными винтами 5, размещенными внутри направляющих насадок 6, днище 7 с плавным подъемом батоксов в районе кормы, ледоотводящий клин 8 в районе днища, ледоотводящий пояс 9 (фиг.2), ледоразрушающие зубья 10, расположенные за ВРК, и ледоразрушающие зубья 11, расположенные перед ВРК.The icebreaking vessel (see Fig. 1) contains a hull 1, an icebreaking stern with a pointed ice surface 2 and a flat part 3 in the area of the propeller columns 4 with propellers 5 located inside the guide nozzles 6, the bottom 7 with a smooth rise of the buttocks in the area of the stern , an ice-removing wedge 8 in the bottom region, an ice-removing belt 9 (FIG. 2), ice-destroying teeth 10 located behind the WRC, and ice-breaking teeth 11 located in front of the WRC.

Устройство работает следующим образом. При движении ледокольного судна передним ходом образуемые при этом сектора льда притапливаются корпусом, образуя так называемую "ледовую рубашку". Двигаясь по днищу судна, льдины отводятся в стороны бортов стреловидным ледоразрушающим клином 8. Большие обломки льдин, попадающие в зону перед ВРК 4, наталкиваются на передние ледоразрушающие зубья 11, раскалываются и/или отбрасываются ими в сторону бортов, предотвращая взаимодействие ВРК с большими обломками льда.The device operates as follows. When the icebreaker moves forward, the ice sectors formed in this process are melted by the hull, forming the so-called “ice jacket”. Moving along the bottom of the vessel, ice floes are diverted to the sides of the arrow by an arrow-shaped ice-breaking wedge 8. Large fragments of ice falling into the zone in front of the WRC 4 bump into the front ice-breaking teeth 11, crack and / or are thrown towards the sides, preventing the WRC from interacting with large ice fragments .

При движении ледокольного судна задним ходом и в процессе маневрирования заостренная форма кормы 2 разрушает сплошной лед и раздвигает в стороны бортов обломки льда, повышая при этом ходкость судна на заднем ходу. После разрушения сплошного льда на заднем ходу ледоломной поверхностью кормы 2 обломки притапливаются кормой и в зоне минимального воздействия соседних льдин упираются в ледоразводящий упорный пояс 9, который разводит эти обломки льда в стороны и препятствует продвижению их к ВРК. Кормовые ледоразводящие зубья 10 предотвращают попадание крупных льдин к ВРК из подводной части всторошенного ледового образования. В случае значительного сопротивления льда при движении задним ходом на увеличенной скорости (набег) корма и ледоразводящий упорный пояс 9 обеспечивают остановку судна, ограждая ВРК 4 от больших ледовых нагрузок, и исключают возможность непосредственного навала ВРК на ледовые образования.When the icebreaking vessel moves in reverse and during maneuvering, the pointed form of stern 2 destroys continuous ice and pushes ice fragments to the sides, increasing the propulsion speed of the vessel in reverse. After the destruction of solid ice in reverse, the ice surface of the stern 2 debris is thawed by the stern and in the zone of minimal impact of neighboring ice floes rest against the ice-releasing thrust belt 9, which spreads these debris of ice to the sides and prevents them from moving to the WBK. Fodder icing teeth 10 prevent large ice floes from reaching the WBF from the underwater portion of the tamped ice formation. In the case of significant ice resistance when reversing at an increased speed (run-in), the stern and the ice-releasing thrust belt 9 ensure the stop of the vessel, protecting the WRC 4 from large ice loads, and exclude the possibility of direct dumping of the WRC on ice formations.

Claims

An icebreaking vessel containing propeller-driven columns with propellers located inside the guide nozzles, a bottom with a smooth rise of buttocks in the stern area, an icebreaking stern with an ice-breaking section turning into a flat section of the bottom, and an ice-removing wedge on the bottom of the vessel, characterized in that the vessel is equipped with located on the aforementioned flat section of the bottom in the stern area with a wedge-shaped ice discharge belt in plan with a wedge tip oriented towards the stern and ice-breaking teeth placed behind and in front of the screw Vym speakers and projecting below the surface ledootvodyaschego belt.