ПРОФИЛОГРАФ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ МОРСКОЙ СРЕДЫ Российский патент 2013 года по МПК G01S15/00 

Техническое решение относится к технике морских исследований посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды и может быть использовано в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий.

Известны конструкции буйковых станций [5-9], перемещаемых вверх-вниз по глубине посредством лебедки с тросом (кабель-тросом) размещенных внутри этих станций (зондов).

Общими признаками известных профилографов (зондов) [3-5 и др.], сканирующих по глубине, являются трос (или кабель-трос) снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, установленный на тросе контейнер, в котором размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи. При этом в части источников (см. например [4, 5, 7, 9]) система всплытия-погружения зондирующих станций только декларируется, но конструктивно не рассматривается. В ряде устройств [6, 8 и др.] перемещение контейнера осуществляется посредством намотки трос-кабеля на барабан лебедки с помощью реверсивного электродвигателя, снабженного редуктором.

Известно [3], что наличие лебедки является недостатком и в определенной степени ограничивает возможности профилографа.

Альтернативой использованию в качестве спуско-подъемного устройства лебедки является применение системы всплытия-погружения сканирующих (циклирующих) по тросу зондов [1-3].

Так, циклирующий зонд [3] для профилирования по глубине водной среды выполнен в виде обтекаемого крыла с размещенными внутри него тросом с направляющими роликами и двигателем с редуктором.

Известный аквазонд [2] циклирующего режима содержит последовательное тросовое соединение якоря, размыкающего устройства и притопленного поплавка, перемещающийся по тросу зонд снабжен набором датчиков, устройством обработки, источником питания и электроприводом, размещенным в отдельной от зонда плавучести.

Принятый за прототип профилограф (автономная станция для зондирования водной среды по глубине) по патенту RU 2297939 С2, 27.04.2007 [1] содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Основным недостатком устройства [1], как и других известных аналогов [2, 3], является наличие в системе всплытия-погружения редуктора, к.п.д. которого, как правило, не превышает 70%. Блок всплытия-погружения с высокооборотным (до 3000 об/мин) электродвигателем и понижающим шестереночным редуктором усложняет конструкцию профилографа [1], повышает его массу и габариты и снижает ресурс работы при автономном питании профилографа. Размещение (пропускание) кабель-троса внутри блока профилографа повышает трудоемкость и усложняет сборку (компоновку) устройства, его профилактику и ремонт.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных [1-3] устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой.

Основной технический результат - упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение к.п.д. и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. По сравнению с известными устройствами [1-3 и др.] профилограф имеет меньшую массу и меньшие габариты, а также рациональную конструкцию направляющего кабель-трос устройства вне обтекаемой оболочки контейнера.

Технический результат достигается следующим образом.

Профилограф для вертикального зондирования морской среды содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Отличительной особенностью профилографа является то, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой. Снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера. Крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

Профилограф также отличается тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы, и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов. При этом кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.

На фиг.1 показана общая конструктивная схема профилографа для вертикального зондирования морской среды; на фиг.2 приведена блок-схема размещения аппаратуры внутри контейнера; на фиг.3 представлена схема системы всплытия-погружения, выполненной в виде безредукторного реверсивного электропривода с ШЭД; фиг.4 иллюстрирует конструкцию электропривода.

На чертежах использованы следующие обозначения:

1 - кабель-трос;

2 - якорь;

3 - размыкатель;

4 - плавучесть;

5 - контейнер профилографа;

6 - блок зондирующих измерительных приборов;

7 - система всплытия-погружения (электропривод) в составе:

7.1 - цилиндрический корпус;

7.2 - крышка;

7.3 - шаговый электродвигатель ШЭД (схематично в разрезе);

7.4 - внутренняя магнитная полу муфта;

7.5 - подшипники скольжения;

7.6 - внешняя магнитная полумуфта;

7.7 - ведущий приводной ролик;

7.8 - роликовый прижимной механизм;

8 - блок приема и хранения измерительной информации;

9 - блок управления;

10 - блок питания;

11 - блок радио- и гидроакустической связи;

12 - электроразъем;

13 - обтекаемая оболочка контейнера.

Работа профилографа для вертикального зондирования морской среды, в основном, аналогична работе известных устройств [1-3] и заключается в следующем.

В пункте наблюдения судно-носитель погружает кабель-трос 1, снабженный на одном конце якорем 2 с размыкателем 3, а на другом-плавучестью 4, с установленным на кабель-тросе контейнером 5 (фиг.1). Контейнер 5 посредством электропривода 7 перемещается вверх-вниз по кабель-тросу 1 по командам блока 9 управления. На заданных горизонтах контейнер 5 останавливается, и блок 6 зондирующих измерительных приборов измеряет гидрологические и динамические параметры водной среды, а также осуществляет химико-биологические и экологические замеры. Прием и хранение измерительной информации осуществляет блок 8, питание аппаратуры контейнера 5 обеспечивает блок 10. Для радио- и гидроакустической связи контейнера 5 с судном-носителем служит блок 11. Управление работой аппаратуры профилографа, размещенной в контейнере 5 (фиг.2) осуществляет программно-вычислительный блок 9. Структура и работа блоков 6, 8-11 известны и приведены, например в RU 28778 U1, 10.04.2003; RU 2229146, 20.05.2004.

Функционирование профилографа отличается, в основном, работой системы 7 всплытия-погружения (электропривода). Реверсивный электропривод 7 (фиг.3, 4) выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса 7.1 с крышкой 7.2 шаговый электродвигатель ШЭД 7.3 с магнитной муфтой, который по программам, заданным блоком 9 управления, обеспечивает перемещение контейнера 5 вверх-вниз по кабель-тросу 1. Магнитная муфта (внутренняя и внешняя полумуфты 7.4 и 7.6) служат магнитным пускателем электропривода 7 для передачи вращающего момента ведущему приводному ролику 7.7.

В качестве ШЭД 7.3 с магнитной муфтой может быть использован, например, низкооборотный (19-94 об/мин) шаговый электродвигатель марки AD-200-21. Работой ШЭД 7.3 электропривода 7 управляет блок 9 через электроразъем 12, по которому также подается электропитание от блока 10.

Аппаратурная часть профилографа в составе блоков 6-11 закреплена на раме контейнера 5, помещенной в обтекаемую оболочку 13 (фиг.2).

Перемещение контейнера 5 по кабель-тросу 1 осуществляется посредством ведущего приводного ролика 7.7 и прижимного (направляющего) механизма 7.8, смонтированного из двух рольгангов. Фиксация (стопор) приводного ролика 7.7 обеспечивает остановку движения контейнера 5 на заданном горизонте измерения.

Опытный образец профилографа практически подтвердил достижение технического результата: упрощение конструкции при снижении массы и габаритов электропривода в среднем на 10-15% и уменьшение его энергопотребления (а следовательно, увеличение рабочего ресурса с автономным источником питания) в среднем до 15-20%.

Таким образом, из описания профилографа и его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2297939 С2, 27.04.2007 (прототип).

2. RU 2325674 С1, 27.05.2008 (аналог).

3. US 5869756 (А), 09.02.1999 (аналог).

4. RU 2404081 С1, 20.11.2010 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

5. RU 2096247 С1, 20.11.1997.

6. RU 2184674 С1, 10.07.2002.

7. GB 1248901 (А1), 06.10.1971.

8. US 2009269709 (А1), 29.10.2009.

9. JP 2010285072 (А), 24.12.2010.

Использование: морские исследования посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды, в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий. Сущность: создание профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой. Технический результат: упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение кпд и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Профилограф для вертикального зондирования морской среды, содержащий кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода, отличающийся тем, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой, снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера, а крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

2. Профилограф по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов, причем кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.