Мягкий герметичный морской контейнер для жидкости

Мягкий герметичный морской контейнер для жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения

Изобретение относится к мягкому герметичному контейнеру для жидкости (иногда называемому в дальнейшем "МГКЖ"), предназначенному для транспортировки и хранения большого объема жидкости, особенно жидкости, плотность которой меньше плотности морской воды. Указанной жидкостью может быть, в частности, пресная вода. Изобретение относится также к способу изготовления указанного контейнера.

Предпосылки изобретения

Использование мягких контейнеров для хранения и транспортировки грузов, особенно жидких, хорошо известно. Также хорошо известны и факты использования контейнеров для транспортировки жидкостей в воде, в частности в морской воде.

Если груз представляет собой жидкость или псевдоожиженное твердое вещество с плотностью меньше плотности морской воды, то нет необходимости в использовании жестких барж, танкеров или герметичных контейнеров. Предпочтительно использовать мягкие герметичный контейнеры, которые перемещают из одного места в другое способом буксировки или толкания. Такие мягкие контейнеры имеют очевидные преимущества по сравнению с жесткими контейнерами. Кроме того, мягкие контейнеры, соответствующим образом сконструированные, можно свертывать или складывать после удаления из них груза и убирать на хранение на время обратного рейса.

По всему миру существует много районов, где испытывается крайняя нужда в пресной воде. Пресная вода является таким товаром, что сбор полярного льда и айсбергов быстро превращается в большой бизнес. Однако где бы ни добывалась пресная вода, ее экономичная транспортировка в пункт назначения представляет собой проблему.

Например, фирма, занимающаяся сбором полярного льда, в настоящее время намерена использовать для транспортировки пресной воды танкеры, имеющие вместимость 150000 тонн. Очевидно, что стоимость данного предприятия включает в себя не только стоимость использования такого транспортного средства для доставки воды, но и дополнительные расходы на его обратный порожний рейс для приема на борт нового груза. Мягкие контейнеры после их опорожнения можно сложить и поместить, например, на буксир, который осуществлял их буксировку до пункта разгрузки, что приведет к сокращению расходов.

Даже при таком преимуществе экономика диктует условие, согласно которому объем перевозимого в мягком контейнере груза должен быть достаточным для того, чтобы стоимость самого этого груза превышала затраты на его транспортировку. Соответственно, ведутся конструкторские разработки мягких контейнеров все больших и больших размеров. Однако технические проблемы, касающиеся таких резервуаров, продолжают существовать, несмотря на то, что их разработка ведется уже не один год. Усовершенствования, относящиеся к мягким контейнерам или баржам, изложены в патентах США №№2997973, 2998973, 3001501, 3056373 и 3167103. Мягкие контейнеры предназначены в основном для транспортировки или хранения жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ, удельный вес которых меньше удельного веса морской воды.

Плотность морской воды в сравнении с плотностью указанных жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ отражает тот факт, что такой груз обеспечивает мягкой транспортировочной оболочке положительную плавучесть, когда эту оболочку, частично или целиком заполненную, помещают в морскую воду и буксируют. Указанная плавучесть груза обеспечивает плавучесть самого резервуара и облегчает доставку самого этого груза из одного морского порта в другой.

В патенте США №2997973 описан контейнер, который включает закрытый рукав из мягкого материала, такого, например, как ткань, пропитанная натуральным или синтетическим каучуком, и который имеет обтекаемый нос, приспособленный для присоединения к буксировочному средству, и по меньшей мере одну трубу, сообщающуюся с внутренним пространством контейнера с обеспечением его заполнения и опорожнения. Плавучесть обеспечивается жидким содержимым контейнера, а форма самого этого контейнера зависит от степени его заполнения. В указанном патенте сделано предположение о возможности изготовления мягкой транспортировочной оболочки из единого куска ткани, сотканного в виде рукава. Однако объяснение того, как это можно было бы выполнить при рукаве такого размера, не приводится. Очевидно, что при подобной конструкции придется столкнуться с проблемой, связанной со швами. В коммерческих мягких транспортировочных оболочках, как правило, имеются швы, так как сами эти оболочки обычно изготавливаются посредством сшивания или соединения каким-то другим способом кусков водонепроницаемого материала, что описано, например, в патенте США №3779196. Известно, что швы являются причиной выхода оболочки из строя, когда указанная оболочка периодически подвергается большим нагрузкам. Понятно, что выхода из строя из-за повреждения швов можно избежать в бесшовной конструкции.

Использование больших транспортировочных резервуаров сопряжено и с другими проблемами. Известно, что когда частично или целиком заполненная мягкая баржа или транспортировочный резервуар буксируется в морской воде, возникает проблема, связанная с нарушением устойчивости. Это нарушение устойчивости описывается как изгибное колебание резервуара, и связано оно непосредственно с мягкостью самого транспортировочного резервуара, заполненного частично или целиком. Указанное изгибное колебание называют также "рысканьем". Известно, что длинным мягким резервуарам, имеющим конусные концы и сравнительно постоянную длину окружности на большей части своей длины, свойственна проблема, связанная с рысканьем. Рысканье описано в патенте США №3056373, где отмечено, что мягкие баржи, имеющие конусные концы, подвержены возникновению колебаний, способных нанести серьезные повреждения или, в крайних случаях, даже разрушить баржу, когда скорость ее буксировки превышает определенное критическое значение. Считалось, что колебания этой природы порождаются силами, действующими на баржу в районе кормы в поперечном направлении. Было предложено решение указанной проблемы, заключающееся в создании устройства для отрыва линий потока воды, проходящей вдоль поверхности баржи, и образования турбулентности в воде вокруг кормы. Предполагалось, что такая турбулентность устранит или уменьшит силы, вызывающие рысканье, потому что оно зависит от плавного потока воды, являющегося причиной перемещений баржи в поперечном направлении.

Другие решения проблемы, связанной с рысканьем, предложены, например, в патентах США №№2998973, 3001501 и 3056373. Указанные решения включают, среди прочего, применение плавучих якорей, килей и отклоняющих колец.

Другое решение проблемы, связанной с рысканьем, заключается в создании резервуара, имеющего такую форму, которая обеспечивает устойчивость этого резервуара при буксировке. Данное решение реализовано на практике компанией Nordic Water Supply, расположенной в Норвегии. Используемые указанной компанией мягкие транспортировочные резервуары имеют форму, которую можно описать термином "удлиненный шестигранник". Было показано, что такая форма обеспечивает удовлетворительную устойчивость при буксировке при транспортировке пресной воды в открытом море. Однако подобные резервуары имеют ограничения по размерам, что обусловлено величиной действующих на них сил. Здесь начинает действовать соотношение буксировочного усилия, скорости буксировки и расхода топлива для резервуара с заданными размерами и формой. Капитан буксира, тянущего на тросе мягкий транспортировочный резервуар, хочет, чтобы скорость буксировки была такова, что сводила бы к минимуму стоимость транспортировки груза. В то время как высокие скорости буксировки являются привлекательными с точки зрения сокращения до минимума времени рейса, они же приводят к возникновению больших буксировочных усилий и к высокому расходу топлива. Большие буксировочные усилия требуют увеличения прочности материала, используемого для изготовления резервуара, так чтобы этот материал выдерживал высокие нагрузки. Увеличение прочности обычно осуществляется путем использования при изготовлении резервуара более толстого материала. Однако это приводит к увеличению веса резервуара и к уменьшению мягкости материала. А это в свою очередь ведет к возрастанию трудности в обращении с таким транспортировочным резервуаром: его труднее свертывать, так как он менее мягок, и труднее перевозить, так как он имеет больший вес.

Кроме того, с увеличением скорости буксировки резко возрастает расход топлива. Для конкретного резервуара имеется одна определенная комбинация значений скорости буксировки и расхода топлива, ведущая к минимальной стоимости транспортировки груза. При этом высокие скорости буксировки могут обострить проблемы, связанные с рысканьем.

В случае применения мягких транспортировочных резервуаров в форме удлиненного шестигранника, использующихся для перевозки пресной воды в открытом море, была установлена - для резервуара, имеющего емкость 20000 кубических метров, - приемлемая комбинация значений буксировочного усилия (приблизительно 8-9 метрических тонн (78,4-88,2 кН)), скорости буксировки (приблизительно 4,5 узлов (8,42 км/час)) и расхода топлива. Резервуары в форме удлиненного шестигранника, имеющие емкость 30000 кубических метров, буксируют с меньшей скоростью, при большем буксировочном усилии и при большем расходе топлива, чем цилиндрический резервуар емкостью 20000 кубических метров. Это обусловлено, главным образом, тем фактом, что ширина и высота большего удлиненного шестигранника должны приводить к вытеснению большего объема морской воды при буксировке такого шестигранника в открытом море. Желательно дальнейшее увеличение емкости резервуаров, чтобы получить эффект от повышения масштаба транспортных операций. Однако дальнейшее увеличение емкости резервуаров в форме удлиненного шестигранника приведет к более низким скоростям буксировки и к увеличению расхода топлива.

То, что сказано выше относительно рысканья, емкости резервуаров, буксировочного усилия, скорости буксировки и расхода топлива, обуславливает необходимость в усовершенствовании конструкции мягких транспортировочных резервуаров. Существует потребность в улучшенной конструкции, которая по отношению к уже имеющимся конструкциям позволила бы достичь сочетания устойчивой буксировки (без рысканья), большой емкости МГКЖ, высокой скорости буксировки, малого буксировочного усилия и низкого расхода топлива.

Кроме того, для увеличения объема буксируемого груза было предложено буксировать несколько мягких резервуаров вместе. Об этом можно прочитать в патентах США №№5657714, 5355819 и 3018748, где описана буксировка резервуаров, выстроенных в линию один за другим. А в Европейском патентном документе ЕРО 832032 В1 описана одновременная буксировка нескольких резервуаров способом "бок о бок" - такой способ призван увеличить устойчивость резервуаров.

Однако при буксировке мягких резервуаров бок о бок силы, действующие в поперечном направлении и вызванные перемещением океанских волн, создают неустойчивость, приводящую к сталкиванию резервуаров между собой и их опрокидыванию. Такие перемещения резервуаров могут повлечь за собой их повреждение, а также отрицательно влияют на скорость буксировки.

Другая проблема, касающаяся мягких резервуаров, заключается в больших буксировочных усилиях, действующих на них в добавление к силам, порожденным воздействием ветра и волн при экстремальных погодных условиях. Следовательно, крайне важно, чтобы в резервуаре не возникали разрывы, в противном случае весь груз может быть испорчен. Во избежание таких повреждений желательно усиление резервуара, для чего были предложены различные средства. Указанные средства обычно включают в себя прикрепление к внешней поверхности резервуара канатов, о чем можно прочитать, например, в патентах США №№2979008 и 3067712. Были предложены также усилительные полосы и ребра, приклеиваемые к внешней поверхности резервуара, что описано в патенте США №2391926. Однако такие усилительные элементы имеют тот недостаток, что требуют своего прикрепления к резервуару, будучи довольно объемистыми, и недостаток этот особенно существенен, если резервуар после опорожнения предполагается свертывать. Кроме того, внешние усилительные элементы на поверхности резервуара приводят к увеличению гидродинамического сопротивления во время буксировки. Тогда как наличие усилительных элементов весьма желательно, особенно в случае использования легкой ткани, способ усиления сам по себе требует усовершенствования.

При всем том, что создание бесшовного мягкого резервуара является желательным, как уже упоминалось при описании известного уровня техники, существуют определенные трудности, связанные со средствами для создания такой конструкции. Как уже отмечалось, до настоящего времени большие мягкие резервуары обычно изготавливались из небольших секций, которые сшивали или склеивали друг с другом. Эти секции должны были быть водонепроницаемыми. Если первоначально их изготавливали из материала, не являющегося водонепроницаемым, то до соединения друг с другом их можно было легко снабдить водонепроницаемым покрытием. Указанное покрытие может наноситься обычными способами, например распылением или погружением.

Наносить покрытие на большие куски ткани (например, с размерами 40×200 футов (12×60 метров)) можно с использованием соответствующего по размерам вальцового устройства для нанесения жидкого покрытия. Хотя указанные куски ткани довольно большие, они все же не так велики, как требуется для МГКЖ. Создавать же вальцовое устройство для нанесения покрытия на куски ткани больших размеров - таких, какие необходимы для выполнения данного изобретения, - экономически невыгодно.

В отличие от способа, реализуемого с применением вальцового устройства, водонепроницаемую ткань также традиционно изготавливают путем нанесения жидкого покрытия на тканую или нетканую основу и его последующего отверждения с использованием нагрева или химической реакции. В данном процессе при нанесении покрытия и его дальнейшего полного отверждения используют оборудование для натяжения и удержания ткани. Обычные производственные линии для нанесения покрытия способны обрабатывать многие сотни или тысячи футов ткани с шириной в диапазоне до 100 дюймов (2,54 метра). В этих линиях используются опорные ролики, станции покрытия и печи отверждения, посредством которых и производится обработка тканой основы с шириной, находящейся в указанном диапазоне до 100 дюймов (2,54 метра).

Однако в случае мягкого тканого бесшовного резервуара очень больших размеров - порядка 40 футов (12 метров) в диаметре и 1000 футов (300 метров) длиной или даже более того - применение обычных способов нанесения покрытия было бы затруднительным. В то время как нанести покрытие на сравнительно небольшие плоские куски ткани довольно легко, проделать то же самое с очень длинной и широкой цельной конструкцией в виде рукава гораздо труднее.

Таким образом, существует потребность в МГКЖ, который предназначен для транспортировки больших объемов жидкости и применение которого решило бы вышеупомянутые проблемы, присущие подобной конструкции и той среде, где она эксплуатируется.

Сущность изобретения

Следовательно, главной целью изобретения является создание бесшовного тканого МГКЖ сравнительно больших размеров, предназначенного для транспортировки грузов, включая, в частности, пресную воду, плотность которых меньше плотности морской воды.

Другой целью изобретения является создание такого МГКЖ, который имел бы средства, препятствующие возникновению нежелательного рысканья этого МГКЖ во время буксировки.

Еще одной целью изобретения является создание средств, позволяющих осуществлять одновременную транспортировку нескольких указанных МГКЖ.

Еще одной целью изобретения является создание средств усиления указанного МГКЖ, чтобы обеспечить эффективное распределение действующей на него нагрузки и воспрепятствовать появлению разрывов.

Еще одна цель - создание способа нанесения покрытия на используемый в МГКЖ тканый рукав, для того чтобы сделать его водогазонепроницаемым, или создание какого-то другого средства обеспечения непроницаемости указанного рукава.

Эти, а также другие цели и преимущества будут реализованы посредством настоящего изобретения. В нем для создания МГКЖ предлагается использовать бесшовный тканый рукав длиной не менее 300 футов (90 метров) и диаметром не менее 40 футов (12 метров). Столь большая конструкция может быть соткана на существующих станках, на которых изготавливают специальную ткань, используемую в бумажном производстве, например на тех станках, что принадлежат правопреемнику составителя данной заявки. Концы рукава, называемые иногда "носом и хвостом" или "носом и кормой", герметизируют любыми подходящими способами, включая, например, такой, при котором концы завертывают и заклеивают и/или простегивают, а к носу прикрепляют соответствующий буксирный брус. Примеры концевых частей мягких контейнеров, соответствующих известному уровню техники, можно найти в патентах США №№2997973, 3018748, 3056373, 3067712 и 3150627. Контейнер имеет отверстие или отверстия для загрузки и разгрузки, такие, например, какие описаны в патентах США №№3067712 и 3224403.

Чтобы снизить эффект рысканья столь длинной конструкции, какой является мягкий контейнер, вдоль его длины размещают продольные балки жесткости. В этих балках следует повышать давление с помощью сжатого воздуха или другой среды, находящейся под давлением. Предпочтительно, чтобы указанные балки были сотканы в виде части рукава, но они могут быть сотканы также и отдельно и удерживаться в специальных манжетах, которые сотканы в виде части МГКЖ. Они также могут быть сплетены способом, который представлен в патентах США №№5421128 и 5735083 или в статье "Трехмерные плетеные конструкции из композиционных материалов и их применение" Д.Брукштейна ("3-D Braided Composites-Design and Applications" by D.Brookstein), опубликованной на шестой Европейской Конференции по Композиционным Материалам, проходившей в сентябре 1995 года. Эти балки также могут быть связаны или наслоены за одно целое с текстильной конструкцией, используемой для изготовления рукава. Предпочтительно, чтобы вся конструкция была изготовлена как одно целое, т.е. представляла собой блочную конструкцию. Возможно также прикрепление указанных балок к рукаву посредством пришивания, однако блочная конструкция является предпочтительной благодаря простоте ее изготовления и ее большей прочности.

Балки жесткости или усилительные балки, конструкция которых схожа с той, что упомянута выше, могут проходить и по окружности рукава на некотором расстоянии друг от друга.

Указанные балки обеспечивают также плавучесть МГКЖ, удерживая его на поверхности после разгрузки, так как пустой МК обычно тяжелее морской воды. Если МГКЖ предполагается свертывать для хранения, то для повышения и сбрасывания давления в указанных балках могут быть предусмотрены специальные клапаны.

В ситуации, когда одновременно буксируют по меньшей мере два МГКЖ, возможен вариант, при котором они расположены бок о бок. В этом случае для увеличения устойчивости МГКЖ и предотвращения их опрокидывания используются разделительные балки, соединяющие соседние МГКЖ друг с другом в продольном направлении и предпочтительно содержащие сжатый воздух или другую среду под давлением. Указанные разделительные балки могут быть прикреплены к боковым стенкам МГКЖ посредством соединителей, в которых применяется шов, выполненный с использованием штифта, или любым другим подходящим для данной цели средством.

Другим вариантом является сотканная по бесшовной или непрерывной технологии группа МГКЖ, последовательно соединенных друг с другом своими концами посредством плоской тканой части.

Кроме того, настоящее изобретение включает применение усилительных волокон, которые вплетают в рукав, использующийся для изготовления МГКЖ. Эти усилительные волокна могут проходить по окружности рукава с разнесением в продольном направлении и могут проходить в продольном направлении с разнесением в вертикальном направлении. Такая конструкция, помимо обеспечения усиления, дает возможность использовать при изготовлении рукава более легкую ткань. Так как указанные волокна вплетены в ткань, то нет необходимости во внешних средствах их закрепления. Не создают они также и дополнительного гидродинамического сопротивления во время буксировки МК.

Усиление может быть выполнено также в виде тканых карманов, расположенных на рукаве и предназначенных для приема продольных и круговых усилительных тросов или проволок, которые будут обеспечивать требуемую прочность МГКЖ, сохраняя в то же самое время его форму.

В настоящем изобретении также описаны способы придания рукаву свойства непроницаемости. В этом отношении предложены различные способы, дающие возможность наносить покрытие обычным путем, например распылением, погружением и т.д. Покрытие из непроницаемого материала может быть нанесено на рукав с внутренней стороны, с внешней стороны или с обеих сторон. Если переплетение ткани рукава достаточно плотное, то перед нанесением внешнего покрытия путем распыления сам рукав можно надуть. Для нанесения внешнего покрытия в рукав при необходимости можно вставить неприлипающий эластичный баллон. Этот баллон впоследствии удаляют, после чего рукав можно надуть и нанести покрытие с внутренней стороны. Как вариант, для предотвращения слипания участков внутренней поверхности во время нанесения покрытия в рукав можно вставить плоскую неприлипающую подкладку, которую в последствии удаляют. Перед нанесением покрытия в рукав можно вставить также механическое приспособление, которое будет удерживать участки внутренней поверхности рукава при нанесении покрытия на некотором расстоянии друг от друга.

Как вариант, рукав может быть соткан из волокон, имеющих термопластичное покрытие, или в переплетение ткани рукава могут быть включены отдельные термопластичные волокна. Такой рукав подвергают нагреванию и воздействию давления, чтобы термопластичный материал заполнил пустоты в переплетении ткани и сделал сам рукав водогазонепроницаемым. Устройство, обеспечивающее выполнение указанной операции, также представлено в данной заявке.

Краткое описание чертежей

Описание настоящего изобретения, выполнение которого позволит достичь указанных целей и преимуществ, приведено ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид в аксонометрии цилиндрического МГКЖ с заостренным носом, соответствующего известному уровню техники;

фиг.2 изображает общий вид в аксонометрии предлагаемого цилиндрического МГКЖ со сплющенным носом;

фиг.2А изображает общий вид в аксонометрии языкового устройства, герметизирующего нос предлагаемого МГКЖ;

фиг.2В изображает разрез показанного на фиг.2А носа предлагаемого МГКЖ;

фиг.2С и 2D изображают языковое устройство, альтернативное тому, что показано на фиг.2А и 2В, и соответствующее настоящему изобретению;

фиг.2Е изображает общий вид в аксонометрии концевой части предлагаемого МГКЖ, находящейся в сплющенном и сложенном состоянии перед герметизацией;

фиг.2F изображает общий вид в аксонометрии предлагаемого МГКЖ, имеющего на своем носу и корме тупые наконечники;

фиг.2G и 2Н изображают наконечник, конструкция которого альтернативна той, что показана на фиг.2Р, и который соответствует настоящему изобретению;

фиг.2I изображает общий вид в аксонометрии предлагаемого МГКЖ, имеющего сплющенный нос, перпендикулярный корме;

фиг.3 изображает разрез предлагаемого МГКЖ, имеющего продольные балки жесткости;

фиг.3А изображает общий вид в аксонометрии предлагаемого МГКЖ с продольными балками жесткости (показаны отдельно), вставленными в расположенные вдоль самого МГКЖ манжеты;

фиг.4 изображает, частично в разрезе, предлагаемый МГКЖ, имеющий круговые балки жесткости;

фиг.5 изображает общий вид предлагаемого МГКЖ стручкообразной формы, имеющего одну продольную балку жесткости и одну вертикальную балку жесткости, расположенную на носу;

фиг.5А и 5В изображают общий вид группы предлагаемых МГКЖ стручкообразной формы, соединенных между собой посредством плоской тканой конструкции;

фиг.6 изображает общий вид двух предлагаемых МГКЖ, буксируемых бок о бок и соединенных между собой посредством разделительных балок;

фиг.7 схематически иллюстрирует распределение сил, действующих на буксируемые бок о бок предлагаемые МГКЖ, соединенные между собой посредством разделительных балок;

фиг.8 изображает в аксонометрии предлагаемое устройство, предназначенное для воздействия на используемый в МГКЖ рукав нагреванием и давлением;

фиг.9 изображает в аксонометрии предлагаемое устройство, показанное на фиг.8, вместе с рукавом; и

фиг.10, 10А и 10В изображают в аксонометрии часть используемого в МГКЖ рукава альтернативной формы, имеющего тканые карманы для размещения усилительных элементов и соответствующего настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

Предлагаемый МГКЖ 10 должен изготавливаться из бесшовного водогазонепроницаемого рукава, выполненного из текстильной ткани. Форма указанного рукава может быть разной. Например, как показано на фиг.2, МГКЖ может содержать рукав 12, имеющий на всем своем протяжении по существу одинаковый диаметр (или одинаковый периметр) и герметизированный на обоих концах 14 и 16. Диаметр или форма рукава могут также изменятся по его длине (см. фиг.5). Соответствующие концы 14 и 16 могут быть закрыты, сжаты и герметизированы любыми способами, как показано далее. Готовая конструкция с нанесенным на нее покрытием также будет достаточно мягкой, чтобы ее можно было сложить или свернуть для транспортировки и хранения.

Перед тем, как перейти к более подробному обсуждению конструкции предлагаемого МГКЖ, важно принять во внимание определенные конструктивные факторы. Равномерное распределение буксировочной нагрузки имеет решающее значение для эффективной эксплуатации МГКЖ и долгого срока его службы. Во время буксировки на МГКЖ действуют два типа сил гидродинамического сопротивления: сила вязкостного сопротивления и сила сопротивления формы. Общая сила, или буксировочная нагрузка, равняется сумме этих двух сил. Когда заполненный и находящийся в неподвижном состоянии МГКЖ приводится в движение, возникает сила инерции, действующая на этот МГКЖ во время его ускорения до достижения им постоянной скорости. Указанная сила инерции может быть довольно большой по отношению к общей силе гидродинамического сопротивления вследствие приведения в движение груза большой массы. Было показано, что сила гидродинамического сопротивления в основном определяется наибольшей площадью поперечного сечения МГКЖ, или, иначе говоря, местом его наибольшего диаметра. После достижения постоянной скорости буксировки сила инерции буксировки становится равной нулю, а общая буксировочная нагрузка становится равной общей силе гидродинамического сопротивления.

Кроме того, было установлено, что для увеличения объема МГКЖ более эффективно увеличивать его длину, чем одновременно длину и ширину. Например, была получена зависимость буксировочного усилия от скорости буксировки для транспортировочной оболочки цилиндрической формы, имеющей сферические нос и корму. В соответствии с этой зависимостью предполагается, что МГКЖ полностью погружен в воду. В то время как данное предположение может быть неверно для груза, плотность которого меньше плотности морской воды, оно дает способ оценки влияния конструкции МГКЖ на буксировочные требования. Эта модель оценивает общее буксировочное усилие посредством вычисления и суммирования значений двух составляющих гидродинамического сопротивления для заданной скорости. Две составляющих гидродинамического сопротивления - это вязкостное сопротивление и сопротивление формы. Формулы для вычисления составляющих гидродинамического сопротивления приведены ниже.

Вязкостное сопротивление (тонны) =

(0,25·(A4+D4)·(B4+(3,142·C4))·E4^∧1,63/8896,

Сопротивление формы (тонны) =

(((В4-(3,14·С4/2))·С4/2)^∧1,87)·Е4^∧1,33·1,133/8896,

Общее буксировочное усилие (тонны) =

вязкостное сопротивление (тонны) + сопротивление формы (тонны).

Переменные в приведенных формулах означают следующее: А4 - полная длина в метрах, D4 - общая длина носовой и кормовой частей в метрах, В4 -периметр оболочки в метрах, С4 - осадка в метрах и Е4 - скорость в узлах.

Теперь можно определить буксировочное усилие для ряда МГКЖ, имеющих разную конструкцию. Предположим, к примеру, что полная длина МГКЖ составляет 160 метров, общая длина его носовой и кормовой частей 10 метров, периметр 35 метров, скорость 4 узла (7,48 км/час) и что его резервуар заполнен на 50%. Осадка в метрах вычисляется исходя из того предположения, что форма поперечного сечения, частично заполненного МГКЖ, имеет форму велотрека. Это означает, что указанное сечение выглядит как два полукруга, присоединенных к прямоугольной центральной части. Согласно вычислениям осадка такого МГКЖ равняется 3,26 метра. Формула для вычисления осадки приведена ниже.

Осадка (метров) = B4/3,14·(1-((1-J4)^∧0,5)),

где J4 - степень заполненности МГКЖ (50% в данном случае).

Для указанного МГКЖ общее гидродинамическое сопротивление равняется 3,23 тонны (31,65 кН). При этом сопротивление формы равняется 1,15 тонны (11,27 кН), а вязкостное сопротивление равняется 2,08 тонны (20,38 кН). Если бы груз представлял собой пресную воду, то ее в данном МГКЖ, заполненном на 50%, находилось бы 7481 тонна.

Если есть необходимость в МГКЖ, способном при заполненности на 50% перевозить около 60000 тонн воды, то вместимость МГКЖ можно увеличить по меньшей мере двумя способами. Один способ заключается в умножении полной длины, общей длины носовой и кормовой частей, а также длины окружности на один и тот же коэффициент. Так, если указанные размеры МГКЖ умножить на 2, его вместимость при заполненности на 50% составит 59846 тонн. Общая буксировочная сила увеличится с 3,23 тонны до 23,72 тонны (с 31,65 кН до 232,46 кН), то есть на 634%. При этом сопротивление формы составит 15,43 тонны (151,21 кН (возрастет на 1241%)), а вязкостное сопротивление составит 8,29 тонны (81,24 кН (возрастет на 300%)). Увеличение буксировочного усилия происходит в основном за счет увеличения сопротивления формы, а это отражает тот факт, что данная конструкция МГКЖ при его перемещении в морской воде требует перемещения большего количества этой самой морской воды.

Альтернативный способ увеличения вместимости МГКЖ до 60000 тонн заключается в удлинении этого МГКЖ при сохранении неизменными длины его окружности и размеров его носа и кормы. Когда полная длина МГКЖ увеличится до 1233,6 метра, его вместимость при заполненности на 50% составит 59836 тонн. При скорости 4 узла (7,48 км/час) общая сила гидродинамического сопротивления составит 16,31 тонны (159,84 кН) или 69% от соответствующей силы для второго МГКЖ, описанного выше. Сопротивление формы в этом случае будет равняться 1,15 тонны (11,27 кН (такое же, как у первого МГКЖ)), а вязкостное сопротивление составит 15,15 тонны (148,47 кН (возрастет на 631% по отношению к первому МГКЖ)).

Эта альтернативная конструкция МГКЖ (удлиненная до 1233,6 метра) явно имеет преимущество в смысле увеличения вместимости при минимальном увеличении буксировочного усилия. Удлиненная конструкция также приводит к гораздо большей экономии топлива, расходуемого буксиром, по сравнению с первой увеличенной конструкцией такой же вместимости.

Определив предпочтительный способ увеличения вместимости МГКЖ, обратимся теперь к общей конструкции рукава 12, из которого этот МГКЖ изготавливается. Согласно настоящему изобретению рукав 12 предлагается ткать по бесшовной технологии на большом ткацком станке, какой обычно используется для изготовления специальной бесшовной ткани или одежды, применяемой в бумажном производстве. Рукав 12 ткут на ткацком станке, имеющем ширину примерно 96 футов (29,3 метра). При такой ширине станка рукав 12 будет иметь диаметр приблизительно 92 фута (28 метров). Длина же готового рукава 12 может достигать 300 футов (90 метров) и более. Рукав, как это рассмотрено ниже более подробно, должен быть непроницаемым для морской воды или для ионов соли. После придания рукаву указанных свойств его концы герметизируют. Герметизация нужна не только для того, чтобы конструкция была способна содержать в себе воду или какой-то другой груз, но и для того, чтобы обеспечить средство для буксировки МГКЖ.

Существует много способов герметизации. Герметичный конец можно получить посредством сплющивания конца 14 рукава 12 и его по меньшей мере однократного сложения, как показано на фиг.2. Один конец 14 рукава 12 можно герметизировать таким образом, что плоскость его поверхности герметизации будет совпадать с плоскостью поверхности герметизации другого конца 16 рукава. Как вариант, плоскость указанной поверхности конца 14 может быть перпендикулярна плоскости, образованной указанной поверхностью на другом конце 16, и тогда конец 14 образует нос, перпендикулярный поверхности воды, подобно носу судна (см. фиг.21). Для герметизации концов 14 и 16 рукава их сплющивают таким образом, чтобы длина зоны герметизации составила несколько футов. Герметизация облегчается путем склеивания или плотного соединения внутренних поверхностей сплющенных концов рукава посредством клея или химически активного вещества. Кроме того, сплющенные концы 14 и 16 рукава можно зажать и усилить брусьями 18 из металла или композиционного материала, скрепляемыми болтами или какой-нибудь составной конструкцией. Указанные брусья 18 могут служить средством, к которому присоединяется буксировочное устройство 20, идущее от буксира, осуществляющего буксировку МГКЖ.

Кроме того, как показано на фиг.2А и 2В, в конец рукава 12 перед герметизацией может быть вставлена деталь 22 из металла или из композиционного материала, которая в дальнейшем будет называться "языком". Указанный язык 22 должен иметь такую форму, которая соответствовала бы форме конца рукава, когда этот конец или полностью открыт, или частично сплющен, или полностью сплющен. Конец 14 рукава 12 герметизируют вокруг языка 22 посредством клея или связующего вещества. Сам язык закрепляют в положенном месте болтами 24 или какими-то другими подходящими средствами. При этом его прикрепляют не только к концу рукава, имеющего специальное покрытие, но также и к любой внешней металлической пластине или поддерживающему составному приспособлению. Язык может быть снабжен крепежными приспособлениями для буксировки МГКЖ. Также он может иметь по меньшей мере одно отверстие или трубу 28, которые можно использовать для вентиляции МГКЖ, для заполнения его водой или для его опорожнения. Указанные трубы 28 могут быть выполнены с обеспечением возможности подсоединения МГКЖ к насосам, присоединенным к выпускной трубе и к внешнему источнику питания, и использовать эти насосы для удаления из МГКЖ воды.

Возможны и другие формы конструкции указанного языка, такие, например, как форма языка 22 с пятью зубцами, показанного на фиг.2С и 2D. В каждом из указанных зубцов имеется отверстие 28′ для заполнения, опорожнения или вентиляции МГКЖ, а к рукаву 12 указанный язык 22′ присоединяют способом, аналогичным тому, что уже рассматривался. Как и язык любой другой конструкции, язык 22′ имеет такие размеры, что периметр его внешней поверхности соответствует периметру конца рукава 12.

Альтернативой конструкции с языком является конструкция со швом, в котором используется штифт и который может быть выполнен на герметизированном конце рукава. Способ, которым это можно сделать, заключается в использовании передней и задней кромок МГКЖ для создания особых швов, называемых швами, выполненными с использованием штифта. Такой шов можно выполнить следующим образом: начинают изготовление рукава с того, что ткут плоскую ткань длиной примерно 10 футов (3 метра). Затем конфигурацию ткацкого станка меняют, перестраивая его на изготовление ткани в форме рукава. Когда участок в форме рукава зак