БУЙКОВАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК B63B22/06 

Изобретение относится к области плавучих заякоренных сооружений, а более конкретно к автономным буйковым станциям, и может быть использовано, например, при реализации систем экологического мониторинга, а также систем сбора стандартной гидрофизической информации, и в иных технических задачах, требующих репрезентативного контроля характеристик толщины воды от поверхности до дна.

Известна буйковая станция для гидрофизических измерений, содержащая подводную базовую платформу, выполненную преимущественно в виде притопленного буя, связанного с устанавливаемым на дне якорем, и подвижный буй, связанный с базовой платформой посредством устройства перемещения, выполненного преимущественно с электролебедкой, и связанным с ней тросом, установленными на базовой платформе, а также измерительную аппаратуру, установленную в подвижном буе (авт. свид. СССР N 1062111, кл. B 63 B 22/06, 1983). При эксплуатации этой станции в условиях волнения поверхности акватории не обеспечивается достаточная точность измерений.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности измерений.

Этот технический результат достигается тем, что в буйковой станции для гидрофизических измерений, содержащей подводную базовую платформу, выполненную преимущественно в виде притопленного буя, связанного с устанавливаемым на дне якорем, и подвижный буй, связанный с базовой платформой посредством устройства перемещения, выполненного преимущественно с электролебедкой и связанным с ней тросом, установленными на базовой платформе, а также измерительную аппаратуру, установленную в подвижном буе, последний снабжен механизмом отслеживания вертикальных движений воды, выполненным с барабаном, посредством которого подвижный буй соединен с упомянутым тросом, и с пружинными демпферами, причем ось барабана установлена в корпусе подвижного буя с возможностью вращения и связана с упомянутыми пружинными демпферами.

Сущность изобретения пояснена чертежом, где изображен вариант выполнения станции.

Буйковая станция содержит подводную базовую платформу в виде притопленного буя 1, который тросом 2 связан с установленным на дне якорем 3. С притопленным буем 1 связан подвижный буй 4, в котором размещены измерительные каналы с преобразователями 5 и вспомогательные электронные узлы, помещенные в герметический контейнер 6. Связь притопленного буя 1 с подвижным буем 4 осуществлена с помощью устройства перемещения, размещенного в корпусе буя 1 и содержащего электролебедку 7 и трос 8, наматываемый на барабан лебедки 7. Двигатель лебедки герметизирован.

Подвижный буй 4 предлагаемой буйковой станции дополнительно содержит механизм отслеживания вертикальных движений воды.

Этот механизм выполнен в виде барабана 9 с намотанным на него запасом троса 8, превышающим ожидаемый размах вертикальных движений воды. Ось барабана 9 установлена в корпусе буя 4 с возможностью вращения. Эта возможность ограничена демпферами 10, установленными на оси с обеих сторон барабана 9. Каждый из демпферов 10 представляет собой спиральную пружину, один конец которой скреплен с осью барабана 9, а второй с корпусом буя 4.

В иных вариантах выполнения подводная базовая платформа может представлять собой стационарную установку, размещаемую на дне и не обладающую положительной плавучестью.

Устройство перемещения буя 4 в иных вариантах может быть выполнено в виде барабана с гидропневматическим приводом. Демпферы 10 могут быть выполнены как двойные спиральные пружины, как цилиндрические пружины в режиме окручивания и т.д.

Буйковая станция функционирует следующим образом.

В автономном режиме электронные узлы буя снабжены программой, в соответствии с которой осуществляется периодическое зондирование буем слоя воды от глубины расположения буя 1 до поверхности водоема путем всплытия-погружения буя 4. Причем всплытие осуществляется за счет запаса положительной плавучести буя 4, а погружение с использованием электродвигателя лебедки 7. Остановка буя 4 на горизонтах измерения производится посредством блокирования барабана лебедки 7 по сигналу, получаемому от канала измерения гидростатического давления, которым является один из каналов подвижного буя 4 с преобразователями 5.

При остановке буя 4 вблизи резкого перепада гидрофизических характеристик в условиях наличия внутренних волн в этой зоне "подстройку" положения буя под вертикальные перемещения зоны обеспечивает механизм отслеживания вертикальных движений. При этом непосредственно после блокирования барабана лебедки 7 буй 4 продолжает подъем за счет демпферов 10 до достижения этим буем динамического равновесия, когда резерв положительной плавучести окажется скомпенсированным натяжением пружин демпферов 10. Величина такого дополнительного подъема зависит от плотности окружающей воды и конструктивных характеристик буя, при этом целесообразно, чтобы она составляла не менее половины ожидаемой высоты внутренних волн, но одновременно соответствовала натяжению пружин, меньшему половины максимального натяжения.

При внутренних волнах в зоне перепада гидрофизических характеристик равновесие буя 4 нарушается из-за вызванных этими волнами вариаций плотности окружающей воды, пропорционально которым изменяется сила плавучести буя. Это обуславливает перемещение буя вверх-вниз в соответствии с перемешиваниями той изопикнической поверхности, на которой установилось динамическое равновесие, а тем самым в соответствии с внутренними волнами.

Отслеживающие перемещения буя 4 подчиняются закономерностям, характерным для динамических систем 2-го порядка. В соответствии с разработанной моделью конструкции буя 4 суммарная жесткость пружин в демпферах 10 должна задаваться из условия:

где R_б гидродинамическое сопротивление (вязкое трение) буя 4 при вертикальных движениях;
m_б полная масса буя, включая присоединенную массу.

Благодаря этому условию исключается возможность резонансных явлений, которые могли бы возникать при на периодах, близких к
Также установлено, что гидродинамическое сопротивление буя более целесообразно задавать в соответствии с выражением

где m_б полная масса буя;
Т_m минимальный период внутренних волн, отслеживаемых буем.

При этом условии, выполняемом одновременно с предыдущим, обеспечивающим оптимальное отслеживание внутренних волн буем 4 с коэффициентом передачи порядка 1,0 в диапазоне периодов от максимально возможных до значений Т_m.

Обеспечение безрезонансного отслеживания внутренних волн подвижным буем 4 позволяет осуществлять процесс измерений по всем каналам 5 в одной и той же физической среде, например только ниже скачка, либо только выше скачка, либо непосредственно в зоне скачка. Тем самым исключается произвольный разброс данных относительно скачка, что существенно повышает качество информации.

Сущность изобретения: буйковая станция для гидрофизических измерений содержит базовую подводную платформу и подвижный буй с установленной в нем аппаратурой. Подвижный буй, связанный с базовой платформой посредством устройства перемещения, выполненного с электролебедкой, связанной тросом с барабаном механизма отслеживания вертикальных движений воды, которым снабжен буй. Ось этого барабана установлена в корпусе буя с возможностью вращения и связана с пружинными демпферами. 1 ил.

Буйковая станция для гидрофизических измерений, содержащая подводную базовую платформу, выполненную преимущественно в виде притопленного буя, связанного с устанавливаемым на дне якорем, и подвижный буй, связанный с базовой платформой посредством механизма перемещения, выполненного преимущественно с электролебедкой и связанным с ней тросом, установленными на базовой платформе, а также измерительную аппаратуру, установленную в подвижном буе, отличающаяся тем, что подвижный буй снабжен механизмом отслеживания вертикальных движений воды, выполненным с барабаном, посредством которого подвижный буй соединен с упомянутым тросом, и с пружинными демпферами, причем ось барабана установлена в корпусе подвижного буя с возможностью вращения и связана с упомянутыми пружинными демпферами.