УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ОТБОРА ВОДЫ В ПРИДОННОМ СЛОЕ ОКЕАНА Российский патент 2012 года по МПК G01N1/10 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к мониторингу океана, к экологическому контролю (научным исследованиям) океанической среды.

Известен «Способ взятия проб зараженной воды на затонувшем объекте», который заключается в наполнении на глубине в месте контроля сосуда (1).

Данный способ чрезвычайно дорог и не позволяет вести наблюдения на больших глубинах.

По совокупности существенных признаков прототипом предлагаемого устройства может являться устройство для отбора глубинных проб, описанное в (2). Оно содержит водозаборную камеру, соединенную с трубопроводом. Однако известное устройство предназначено для однократного исследования и его использование для длительных регулярных наблюдений затруднительно.

Целью настоящего предложения является возможность регулярного контроля физических и химических свойств воды на любых глубинах в стационарных точках при постоянстве всех условий отбора. Контроль малозатратен.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем водозаборную камеру, соединенную с трубопроводом, водозаборная камера закреплена на балластном грузе, трубопровод выполнен в виде армированного шланга, верхний конец которого с помощью накидной гайки крепится к плавучести с центральным отверстием, соединенным на противоположной стороне плавучести с гибким шлангом, проходящим свободно через отверстие поплавка, в котором закреплен кольцевой магнит, а внутри шланга находится цилиндрический магнит, плотно прилегающий к стенкам шланга, осевое магнитное поле которого противоположно полю кольцевого магнита.

Кроме того, в предлагаемом устройстве плавучесть закреплена в центре кольца, диаметр которого не менее расстояния между поверхностью океана и плавучестью, внутри которой установлена управляемая механическая защелка, соединенная электрически с гидроакустическим приемником, закрепленным на плавучести, и фиксирующая цилиндрический магнит в момент касания поплавка плавучести, а гибкий шланг имеет в верхней части стопорное кольцо, которое одновременно является фланцем для присоединения к нему компрессора.

Перечисленные отличия связаны с поставленными задачами следующим образом. Закрепление водозаборной камеры на балластном грузе позволяет создать стационарную точку наблюдения на выбранном объекте. Выполнение трубопровода в виде армированного шланга, закрепленного на плавучести, создает надежные условия существования точки наблюдения в условиях частой штормовой погоды, скоростных течений и даже перемещения льдин и других объектов над местом наблюдения. Тем же целям служат поплавок на гибком шланге, магниты и пр.

Возможность практической реализации.

На чертеже - фиг.1 - показана точка наблюдения на дне океана, созданная в соответвии с предложением, и работа на ней судна при отборе пробы. На чертеже - фиг.2 - более подробная конструкция устройства и его состояние в нерабочем положении.

Устройство для стационарного отбора воды в придонном слое океана содержит: балластный груз - 1, закрепленную на нем водозаборную камеру - 2, соединенную с армированным шлангом - 3, закрепленным на плавучести - 4, которая находится в центре кольца - 5. Из верхней части плавучести выходит гибкий шланг - 6, который свободно проходит сквозь центральное отверстие поплавка - 7 и задерживается фланцем - 8. Помимо упомянутых элементов на фиг.1 изображено дно - 9, поверхность океана - 10, судно, отбирающее пробу, - 11, емкость для отобранной воды - 12, лоцманский порт на судне - 13.

На фиг.2 показана более подробно конструкция устройства для отбора в положении ожидания на дне. Дополнительно к уже перечисленным элементам устройство содержит накидную гайку - 14, закрепляющую армированный шланг - 3 на плавучести - 4. В поплавке - 7 в центральном отверстии, через которое проходит гибкий шланг - 6, закреплен кольцевой магнит - 15, полярность которого (полюса N, S) обратна полярности цилиндрического магнита - 16, находящегося внутри гибкого шланга - 6. Цилиндрический магнит закреплен на хвостовике - 17, имеющем отверстие, куда входит управляемая механическая защелка - 18 при движении магнита в отверстии плавучести - 4. Механическая защелка электрически соединена с гидроакустическим приемником - 19.

Устройство для стационарного отбора воды устанавливается в нужной точке океана с помощью лебедки, на которой предварительно намотан армированный шланг - 3, длина которого на 15-20 м короче, чем глубина в точке постановки. Это создает спокойные условия для притопленной плавучести при любом волнении на поверхности. К балластному грузу - 1 закрепляется водозаборная камера - 2 и груз стравливается на всю длину армированного шланга - 3 до установки его на объект, который нужно контролировать. При необходимости проводится наблюдение установки водозаборной камеры и балластного груза с помощью видеокамер. В особых случаях водозаборная камера устанавливается на контролируемом объекте с помощью обитаемого подводного аппарата.

Верхний конец армированного шланга - 3 перехватывается зажимом и накидная гайка - 14 навинчивается на плавучесть - 4. Соединительная муфта (на чертеже не показана) гибкого шланга - 6 вводится в отверстие поплавка - 7 и ввинчивается в верхнее отверстие плавучести - 4, поплавок кладется на плавучесть. Далее, в верхнее отверстие гибкого шланга, на конце которого закреплен фланец - 8, вводится цилиндрический магнит - 16. Фланец - 8 соединяется с компрессором, давление которого проталкивает магнит в отверстие плавучести - 4 до проникновения в отверстие хвостовика - 17 защелки - 18. Вся связка выносится за борт и опускается краном до заглубления плавучести на глубину, определяемую длиной армированного шланга - 3. Обычно, 15-20 метров гибкого шланга хватает, чтобы при этой операции фланец - 8 находился на палубе установочного судна.

Для проверки работоспособности системы и взятия первой пробы воды с контролируемого объекта фланец - 8 заводят через лоцманский порт - 13 во внутрь судна и опускают его ниже ватерлинии. Подают гидроакустическую команду на освобождение хвостовика - 17 магнита. При этом поплавок - 7 всплывает, так как его подъемная сила, взаимодействующая через магнитные поля кольцевого - 15 и цилиндрического - 16 магнитов, вполне достаточна, чтобы удержать вес цилиндрического магнита и обеспечить его продвижение по гибкому шлангу. В то же время, сила взаимодействия магнитных полей кольцевого и цилиндрического магнитов должна быть достаточна для преодоления подъемной силы поплавка - 4. Последний поднимают на борт судна, протаскивая его по шлангу - 6, снимают фланец - 8 и вынимают гибкий шланг - 6 из отверстия поплавка.

При этой операции из конца шланга извлекается цилиндрический магнит - 16, так как он следует за кольцевым магнитом - 15, закрепленным в отверстии поплавка. Далее фланец устанавливают на место, присоединяют компрессор и включают его на разрежение. Вода преодолевает несколько метров подъема и спуска через лоцпорт. Теперь фланец можно отсоединить от компрессора и вода самотеком будет сливаться в емкость - 12. Конечно, эту воду некоторое время следует сливать за борт, поскольку это не будет придонной водой. Скорость поступления воды при положении фланца ниже ватерлинии на 2-3 метра будет 0,5-1 м/сек и с глубины, например, 2 км сливать воду придется около часа, далее пойдет вода для анализа. Разумеется, процесс можно значительно ускорить, применив компрессор.

После пробного отбора воды в верхний конец гибкого шланга вставляют цилиндрический магнит, шланг протаскивают через отверстие поплавка и выносят его за борт, соединяют фланец с компрессором и включают его на нагнетание.

Цилиндрический магнит - 16 увлекает поплавок вниз благодаря взаимодействию с кольцевым магнитом - 15. При достижении поплавком притопленной плавучести - 4 защелка - 18 срабатывает и поплавок фиксируется на плавучести.

На протяжении всего времени упомянутых операций кормовой кран не отсоединяется от плавучести, страхуя возможную неисправность в системе, далее кран отдает плавучесть, гибкий шланг - 6 выбрасывается за борт и занимает положение в воде, показанное на фиг.2. Кольцо - 5 препятствует его обматыванию вокруг армированного шланга - 3. Устройство для отбора воды готово к следующему посещению контрольной точки.

При приходе в точку с судна подается гидроакустический сигнал для освобождения хвостовика магнита защелкой, поплавок всплывает, его поднимают на борт вместе со шлангом и, далее, повторяются все операции первой пробы.

Источники информации

1. Патент России №2215278.

2. Патент России №2315277.

Изобретение относится к мониторингу океана и экологическому контролю океанической среды. Устройство для стационарного отбора воды в придонном слое океана содержит балластный груз, закрепленную на нем водозаборную камеру, трубопровод, выполненный в виде армированного шланга и соединенный с водозаборной камерой, плавучесть, к которой с помощью накидной гайки крепится верхний конец трубопровода, поплавок и гибкий шланг, свободно проходящий через отверстие поплавка и соединяющийся с плавучестью. В поплавке закреплен кольцевой магнит, а внутри гибкого шланга находится цилиндрический магнит, плотно прилегающий к стенкам шланга, причем осевое магнитное поле цилиндрического магнита противоположно полю кольцевого магнита. Изобретение обеспечивает возможность регулярного контроля физических и химических свойств воды на любых глубинах в стационарных точках при постоянстве всех условий отбора, с малыми затратами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для стационарного отбора воды в придонном слое океана, содержащее водозаборную камеру с обратным клапаном, соединенную с трубопроводом, отличающееся тем, что водозаборная камера закреплена на балластном грузе, трубопровод выполнен в виде армированного шланга, верхний конец которого с помощью накидной гайки крепится к плавучести с центральным отверстием, соединенным на противоположной стороне плавучести с гибким шлангом, проходящим свободно через отверстие поплавка, в котором закреплен кольцевой магнит, а внутри шланга находится цилиндрический магнит, плотно прилегающий к стенкам шланга, осевое магнитное поле которого противоположно полю кольцевого магнита.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри плавучести установлена управляемая механическая защелка, соединенная электрически с гидроакустическим приемником, закрепленным на плавучести, и фиксирующая цилиндрический магнит в момент касания поплавка плавучести.