СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БУЙ Российский патент 1997 года по МПК B63B22/18 

Изобретение относится к области плавучих сооружений для естественных водоемов, а более конкретно к стабилизированным буям, и может быть использовано, например, в системах автономных станций экологического мониторинга, в системах гидрографического обеспечения водных путей и в других системах, требующих автономного размещения оборудования на акваториях водоемов.

Известен стабилизированный буй, содержащий плавучий цилиндрический корпус и связанную с его нижней частью демпфирующей платформой, выполненной с центральным отверстием, соосным цилиндрическому корпусу, при этом демпфирующая платформа ориентирована плоскостью максимального сечения ортогонально продольной оси корпуса (пат. США N 3727248, кл. B 63 B 22/18, 1973).

Этот буй совершает при волнении поверхности воды достаточно большие угловые колебания.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении размаха его угловых колебаний.

Этот технический результат достигается тем, что в стабилизированном буе, содержащем плавучий цилиндрический корпус и связанную с его нижней частью демпфирующей платформой, выполненной с центральным отверстием, соосным цилиндрическому корпусу, при этом демпфирующая платформа ориентирована плоскостью максимального сечения ортогонально продольной оси корпуса, указанная платформа выполнена двояковогнутой, преимущественно с двумя полусферами, обращенными друг к другу вершинами, и расположена между центром величины и центром массы буя.

Кроме того, стабилизированный буй может быть снабжен круговым обтекателем, сопряженным с краями демпфирующей платформы по всей ее окружности.

Сущность изобретения пояснена на представленном чертеже.

Стабилизированный буй содержит цилиндрический корпус 1, обладающий положительной плавучестью и ориентированный продольной осью по нормали к среднему положению поверхности 2 водоема. С нижней частью корпуса 1 связана демпфирующая платформа 3. Эта связь выполнена, например, с помощью жестких штанг 4. Плоскость максимального сечения платформы 3 ортогональна продольной оси корпуса 1.

Демпфирующая платформа 3 выполнена двояковогнутой, например, в виде двух полусфер 5 и 6, обращенных выпуклостями встречно по отношению друг к другу. Центральная часть платформы 3, образованной этими полусферами (в общем случае поверхностями вращения) 5 и 6, снабжена сквозным отверстием 7, ось которого совпадает с продольной осью цилиндрического корпуса 1. При этом, поскольку отверстие 7 должно иметь фиксированные параметры, его наиболее целесообразно ограничить трубкой, выполненной из такого же материала, как и полусферы 5 и 6, и состыкованной своими торцами с этими полусферами.

В вариантах выполнения верхняя 5 и нижняя 6 поверхности платформы 3 могут соответствовать поверхностям вращения иным, чем сфера, например - гиперболоиду, параболоиду и т.д.

Пространство 8 между полусферами 5 и 6 наиболее целесообразно заполнить сплошным материалом с плотностью, не меньшей чем плотность окружающей воды.

Края полусфер 5 и 6 по всей окружности платформы 3 сопряжены с круговым обтекателем 9. При этом внутреннее пространство 8 платформы 3 является общим для полусфер 5 и 6 и обтекателями 9 и заполняется одним и тем же материалом с плотностью, не меньшей чем плотность окружающей воды. При этом сами полусферы 5 и 6 получаются неполными и могут составлять, например, "треть сферы" и т.д.

Платформа 3 размещена между центром величины 10 буя, располагающимся в корпусе 1, и центром массы 11 буя, искусственно смещенным по другую сторону платформы за счет дополнительной подсоединенной массы.

В качестве такой подсоединенной массы может выступать трос (кабель-трос) 12, связывающий буй, например, с подводными измерительными блоками или якорем (на чертеже не показаны). Подсоединение может быть выполнено с помощью дополнительных, не менее трех, отрезков троса 13 равной длины, скрепленных нижними концами с узлом крепления 14, а верхними концами закрепленных на окружности платформы 3 с равномерным распределением по этой окружности точек закрепления 15.

Буй также может быть снабжен мачтой 16, на которой размещаются измерительные и/или навигационные элементы.

Буй функционирует следующим образом.

В условиях волнения на поверхности водоема буй подвергается совокупному действию вертикальных и боковых нагрузок. Вертикальные нагрузки возникают вследствие изменений положения поверхности 2 относительно корпуса 1, в результате чего формируются изменения действующей архимедовой силы. Это обуславливает перемещения буя вверх-вниз. Благодаря наличию демпфирующей платформы 3, обладающей повышенным гидродинамическим сопротивлением, размах этих перемещений в частном диапазоне ветровых волн существенно уменьшен.

Периодические боковые нагрузки на буй возникают из-за волновых течений в воде. Это обуславливает возбуждение угловых колебаний буя, период которых соответствует периоду воздействия волн.

При движении буя вверх-вниз полусферы 5 и 6 демпфирующей платформы 3 выполняют роль "парашютов", при этом посредством отверстия 7 создается скоростная струя в воде, направленная вдоль продольной оси ОО корпуса 1 и обеспечивающая, тем самым, стабилизацию положения этой оси в пространстве, а соответственно угловую стабилизацию всего буя. Возможная неоднородность действия вертикальных нагрузок практически устраняется за счет используемой двояковогнутой формы платформы 3, а также за счет обеспечения "стекания" воды в отверстие 7. При этом при движении вверх "парашютными стропами" поверхности 5 являются штанги 4, поскольку действующая сила (сила плавучести) приложена к корпусу 1, конкретнее к центру его величины 10, обычно расположенному в верхней части корпуса.

При движении вниз действует сила тяжести, преобладающая в данный промежуток времени над силой плавучести и приложенная к центру массы 31, который смещен существенно вниз. Наиболее целесообразно располагать этот центр, во-первых на продолжении продольной оси корпуса 1, во-вторых - существенно ниже платформы 3. При заякоренной установке буя такое расположение может быть обеспечено за счет присоединенной массы троса (кабель-троса) 12, а при свободной установке (дрейфующий вариант) буй целесообразно снабдить дополнительным грузом. И в том и в другом случае соединение с буем наиболее целесообразно выполнить с помощью дополнительных нижних "стропов" (жестких либо мягких), например, в виде не менее трех отрезков троса 13 равной длины, своими верхними концами равномерно закрепленных по окружности платформы 3, и связанных нижними концами с общим узлом крепления 14. Такая конструкция подсоединения дополнительной массы обеспечивает в рабочих условиях фиксацию положения центра массы на продолжении оси ОО', а все это в целом обеспечивает наиболее эффективную реализацию стабилизирующих свойств нижней полусферы 6 в сочетании с отверстием 7.

Применяемое в варианте исполнения сопряжение поверхностей вращения 5 и 6 с круговым обтекателем 9, обеспечивает снижение гидродинамического сопротивления платформы 3 при воздействии на эту платформу течений с преимущественно горизонтальным вектором скорости, т.е. дрейфовых и волновых течений, формирующихся в условиях поверхностного волнения. Это приводит к уменьшению действующих боковых нагрузок на буй и соответственно к результирующему снижению угловой нестабильности положения буя.

Сущность изобретения: стабилизированный буй выполнен с плавучим цилиндрическим корпусом и связанной с его нижней частью демпфирующей платформой, ориентированной плоскостью своего максимального сечения ортогонально продольной оси корпуса. Платформа выполнена двояковогнутой, преимущественно с двумя полусферами, обращенными друг к другу вершинами, и центральным отверстием, соосным цилиндрическому корпусу. При этом платформа располагается между центром величины и центром массы буя. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Стабилизированный буй, содержащий плавучий цилиндрический корпус и связанную с его нижней частью демпфирующую платформу, выполненную с центральным отверстием, соосным с цилиндрическим корпусом, при этом демпфирующая платформа ориентирована плоскостью максимального сечения ортогонально продольной оси корпуса, отличающийся тем, что платформа выполнена двояковогнутой преимущественно с двумя полусферами, обращенными одна к другой вершинами, и расположена между центром величины и центром массы буя. 2. Буй по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен круговым обтекателем, сопряженным с краями демпфирующей платформы по всей ее окружности.