Висувний кіль судна

Реферат: UA 105175 U UA 105175 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до суднобудівної промисловості. Існує велике розмаїття (див.: [1]) типів суден, викликане різним їх призначенням та умовами експлуатації, що ускладнює спеціалізацію їх проектування, організацію будівництва і ремонту, впровадження стандартизації, планування перевезень і порівняння економічних підрахунків. При цьому, будь-які водні судна повинні мати обов'язковий запас непотоплюваність. Таким чином, вихідною умовою при проектуванні будь-якого судна ставиться задача нормальною посадкою корабля на водній гладі є посадка, при якій корабель сидить прямо (вертикально) з незначним дифферентом (коливанням) по довжині корабля і випрямлянням після нахилення. Ця умова (прагнення судна до вертикального положення) має виконуватися і під час руху (плавання) судна - тобто судно повинно мати достатню остійність та хорошу маневреність. Тому судно повинне не тільки мати достатню остійність, але й виконувати навіть на схвильованому морі максимально плавні рухи. При проектуванні параметрів того чи іншого судна спираються на фізичну суть остійності. Для того, щоб зрозуміти фізичну суть остійності, звернемося до рисунків на справжній сторінці, на яких корабель під впливом моменту Мкр крениться на правий борт. При умові, що переміщення вантажу на кораблі не відбувається, центр ваги корабля G залишається на місці (викладено по тексту, див.: [1., фіг. 10]; [2]; [3]). При нахиленні корабля змінюється форма зануреної частини корпусу (див. фіг. 1), тому центр величини С, як центр ваги зануреного об'єму, переходить з діаметральної площині в сторону нахиленого борта - Св. Так як сила тяжіння Р (діє вниз з центру G) і сила підтримки (виштовхування) D, діюча вертикально вгору, вже будуть не на одній вертикалі - утворюється пара сил: mкр та mв. Як видно з креслення (фіг. 1), момент mв цієї пари сил прагне спрямити корабель і протидіє перевертаючого момент mкр, тобто відновлює те положення, яке було до крену. Цей момент (mв) називається відновлюючим моментом. Чим більше відновлюючий момент, тим остійність корабля більше. Так як відновлюючий момент дорівнює добутку сили на плече, то можна написати m = Р х GK (1), де відрізок GK - плече відновлювальної пари. Чим більше це плече, тим остійність для даної водотоннажності більше. Існує досить багато способів підвищення остійності судна. Один з них такий - високу остійність можна забезпечити за рахунок підвищення ваги нерухомого баласту, щоб знизити центр ваги G. Тобто, чим нижче розташований центр ваги, тим корабель остійніший. Існує просте правило: кожен кілограм під ватерлінією підвищує остійність, а кожен кілограм над ватерлінією погіршує її [2]. Відома конструкція судна (яхти) з висувним кілем [4], що містить корпус, із закріпленим всередині його "колодязем", в якому розміщений з можливістю поступального руху за допомогою приводу з тяговим органом висувний кіль, і порожнисту щоглу, закріплену в степс, при цьому всередині щогли вбудований тяговий орган, при цьому степс розміщений безпосередньо над колодязем, а висувний кіль має можливість переміщатися всередині щогли. Недоліком цієї конструкції є те, що нижня (зовнішня) частина кіля має несиметричну (гподібну) форму і тому при пересуванні його в середині щогли (через колодязь) можливе заклинювання, при цьому кіль має суцільну металеву (важку) структуру і, тим самим, виступає як зайвий баластний вантаж у звичайних умовах. Найбільш близьким до того, що заявляється, за сукупністю суттєвих ознак є конструкція [4], вибрана як найближчий аналог. В основу корисної моделі поставлена задача розробити такий пристрій, за допомогою якого можна було би: 1. Зменшити баластне навантаження судна за рахунок зменшення маси висувного кіля; 2. Забезпечити плавне регулювання роботи висувного кіля під час плавання судна при підвищенні морського хвилювання. Поставлена задача вирішується тим, що до конструкції [4] пропонується: по-перше, відома конструкція судна, що містить корпус із закріпленим всередині нього "колодязем", в якому розміщений висувний кіль, який має ходовий шток і приєднаний до нього знизу (під прямим кутом) кіль (баластний елемент г-подібного вигляду, не симетричний), при цьому ходовий шток кіля має можливість поступального руху в "колодязі" судна за допомогою приводу з тяговим органом, що прилаштований до нього зверху, який відрізняється тим, що з метою зменшення баластної ваги висувного кіля, ходовий шток та баластний елемент його, у вигляді овальної "сигари", виконуються порожнистими, при цьому в початковому положенні "сигара" кіля знаходиться в середині спеціальної (сферичної) виїмки днища судна, тобто 1 UA 105175 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 втягнута у днище штатним тяговим органом, прилаштованим до верхнього кінця ходового штока, а будуються на судні два таких місця (носове та кормове), що розташовані на відстані 0,22 довжини від країв ватерлінії судна; по-друге, з метою усунення заклинювання ходового штока, в конструкції "колодязя" (блока циліндрів) передбачено використовування ще двох циліндрів (менших, які виготовляють в корпусі "колодязя" спереду та ззаду паралельно і симетрично ходовому центральному циліндру), що призначені для двох металевих стрижнів (прилаштованих до "сигари"), які фіксують паралельність ходи ходового штока в "колодязі" судна; по-третє, при плаванні судна в умовах шторму вмикають в роботу висувні кілі, для чого, спочатку, відпускають гальма на приводі тягового органу і закачують в середину "сигари" забортну воду, штатною водяною помпою через гнучкий шланг, який, по порожнині штока, заходить в середину порожнини "сигари", - вага "сигари" багатократно підвищується, від чого кіль (під власною вагою) висувається із днища зовні на усю довжину штока, тим самим центр ваги G знижується, що підвищує остійність судна, а коли шторм припиняється через гнучкий шланг в середину "сигари" подається стиснене повітря і вода із порожнини видаляється (через спеціальний клапан) зовні, а тяговий орган ставить "сигару" на місце; четверте, всі зазори ходової частини порожнин штока і "колодязя" заповнені еластичним матеріалом. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями і їх докладним описом, де: на фіг. 1. Принципова схема розкладу сил при поперечній остійності, де ЦО - центр оберту корпусу на ватерлінії (W-L) судна під час шторму; на фіг. 2. Показано схематичне зображення конструкції судна змішаного плавання з висувним кілем (місце установки показано у спрощеному вигляді), де: а) схематичне зображення конструкції висувного кіля під час шторму; б) схематичне зображення конструкції висувного кіля в початковому стані; на фіг. 3. Показана конструкція блока циліндрів ("колодязя") у розрізі; на фіг. 4. Показана загальна конструкція висувного кіля у розрізі; на фіг. 5. Показана принципова схема розкладу сил при поперечній остійності судна (на фіг. 1) під час шторму, коли використовується висувний кіль. Судно містить в собі: 1. Корпус судна; 2. Гребний гвинт; 3. Руль напрямку; 4. Блок циліндрів ("Колодязь"; на фіг. 2 його вигляд спрощений), де: I - циліндр (центральний) для ходового штока; ІI - циліндр (2 шт.) для металевих стрижнів; IІІ - пази для гумових ущільнювальних кілець; 5. Висувний кіль (загальна конструкція), де: 5.1 - ходовий шток; 5.2-"сигара"; 5.3 - оголовок ходового штока (різьбове з'єднання), де: 5.3.1 - різьбові отвори для приєднання водяного і повітряного клапанів (на кресленні не показано); 5.4 - металеві стрижні; 5.5 - "косинки" (ребра жорсткості); 5.6 - водяний випускний клапан (на кресленні не показано). Працює висувний кіль наступним чином. В початковому стані "сигара" 5.2 висувного кіля 5 знаходиться в середині спеціальної (сферичної) виїмкиі днища судна, тобто притягнута до днища (на половину свого діаметра, що для ходи зменшує зустрічний опір води) штатним тяговим органом (на кресленні не показано), прилаштованим до оголовка 5.3.1 ходового штока 5.1. На судні будуються два таких місця (носове та кормове), що розташовані на відстані 0,22 довжини від країв ватерлінії судна (див. фіг. 2), в кожному з яких розташовується свій висувний кіль 5. Під час плавання судна в умовах шторму вмикають в роботу висувні кілі, для чого, спочатку, відпускають гальма на приводі тягового органу (будь-якої відомої конструкції) і закачують в середину "сигари" забортну воду, за допомогою штатної водяної помпи судна через гнучкий шланг (будь-якої відомої конструкції), який, по порожнині штока, заходить в середину порожнини "сигари", що призводить до збільшення ваги "сигари" (багатократно), від чого кіль (під власною вагою) висувається із днища зовні на усю довжину штока (поки не упреться в площадку вхідного отвору центрального циліндра "колодязя"; див. фігури 2 і 3), тим самим центр ваги G судна 2 UA 105175 U 5 10 15 20 25 30 35 40 знижується, що підвищує його остійність. Підтвердження цього пояснюється кресленням на фіг.5, де видно, що висувний кіль (у данному випадку) можна розглядати як фізичний маятник, у якого відновлювальний момент (сила, що прагне спрямити корабель відносно центра оберту корпусу "ЦО") діє за тим же принципом (див. формулу (1) вище): mв2 = Р2 • G2K2 (2). Тоді сумарний відновлюючий момент mвΣ буде дорівнювати сумі результатів формул (1) і (2): mвΣ = mв + mв2. А коли шторм припиняється, тоді через гнучкий шланг штатного компресора судна, в середину "сигари" 5.2 (через порожнину ходового штока 5.1) подається стиснене повітря і вода, із її порожнини, видаляється зовні (через спеціальний клапан відомої конструкції), а тяговий орган ставить "сигару" на місце. Джерела інформації: 1. Стаття з інтернету: "Книга: Общее устройство судов", http://www.ereading.club/bookreader.php/l019973/Chavnikov_Obschee_ustroystvo_sudov.html; 2. Стаття з інтернету: "Устойчивость судна на воде. О ваньке-встаньке, центре тяжести и равновесии", http://class-fizika.narod.ru/van21.htm; 3. Стаття з інтернету: "Остойчивость корабля", http://randewvw.ru/nk/ostoy.html; 4. Патент СССР: "Яхта с выдвижным килем", SU 1154142 А, кл. В63В 41/00, от 11.02.81 г. (найближчий аналог). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Висувний кіль судна має одноходовий шток, у якого баластний елемент спричиняє несиметричність прикладання сил при поступальному русі кіля в одноциліндровому "колодязі" судна, при цьому маса баластного елемента залишається постійною, тим самим, при нештормовій погоді судно несе на собі зайву вагу, який відрізняється тим, що висувний кіль має ходовий шток і баластний елемент у вигляді "сигари", виконані порожнистими, крім цього, з обох боків "сигари" (паралельно ходовому штоку), прилаштовані два металевих стрижні з можливістю фіксації паралельності ходи ходового штока в спеціальному трициліндровому "колодязі" судна (за будь-якої погоди). 2. Висувний кіль за пунктом 1, який відрізняється тим, що він виконаний з можливістю закачування в середину "сигари" забортної води - вага сигари при цьому багатократно підвищується, від чого кіль (під власною вагою) висувається із днища зовні на усю довжину ходового штока, тим самим центр ваги (G) у судна знижується, що підвищує його остійність (під час шторму). 3. Висувний кіль за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що судно виконано з можливістю видалення (за допомогою стислого повітря) води з порожнини "сигари" за борт, а паралельно цьому штатний тяговий орган, прилаштований до оголовка ходового штока кіля, виконаний з можливістю втягування "сигари" (ставить її на своє місце - спеціальна сферична виїмка у днищі судна), що забезпечує часткове розвантаження судна (завідсутності шторму). 4. Висувний кіль за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що усі зазори ходової частини "колодязя" судна заповнені еластичним матеріалом. 3 UA 105175 U 4 UA 105175 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5