ПОДВОДНОЕ ПЛАВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК B63B21/66 B63G8/14 B63B1/16 G01V1/38 B63G8/42 

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к плавающим устройствам в виде подводной лодки или плавающего под водой аппарата. Такие плавающие устройства могут использоваться в окружающей морской среде, например, для сбора сейсмических данных, при разведке нефтяных или газовых месторождений, морских исследований или при морской добыче нефти.

Такие плавающие устройства могут иметь крылья в управляющем навигационным устройстве, также называемом "птицей", для управления положением сейсмометрического кабеля, буксируемого в воде, например, морского сейсморазведочного кабеля и/или относительного положения кабелей в буксируемой сети морских сейсморазведочных кабелей.

2. Обсуждение предпосылок создания изобретения

Предполагаются, что подводные плавающие устройства вместе с возможностью плавания должны выдерживать высокие давления на глубине, на которой они используются, и иметь высокое сопротивление к механическим воздействиям.

Следовательно, такие устройства должны иметь эффективную плотность и эффективную механическую конструкцию, чтобы выдержать давление и механические нагрузки во время использования.

Также предполагается, что плавающие устройства должны быть, водонепроницаемы. В случае повреждения они не должны быть полностью заполнены водой.

Методики получения и накопления сейсмических данных обычно предполагают буксировку морского сейсморазведочного кабеля на глубине от 5 до 15 метров.

Новые методики сейсмического получения и накопления данных теперь требуют буксировать морской сейсморазведочный кабель на глубинах, которые могут достигать 80-120 метров. Таким образом, во время работы плавающие устройства должны сопротивляются давлениям, возможно, достигающим 1,2 МПа, то есть до 12 бар.

Как известно, плавающее устройство изготавливают с ядром из пены ПХВ (поливинилхлорида), закрытой обшивкой из полиуретана низкого давления. Пена обрабатывается в процессе дорогостоящей процедуры. Обшивка находится в термореактивном материале, который не пригоден для повторного использования.

Другое устройство этого типа раскрыто в документе США 2010/037402, где такое устройство содержит полый каркас и уплотнение. Это устройство имеет тот недостаток, что оно полое, и в случае повреждения оно полностью заполняется водой и, таким образом, не может всплыть на поверхность. Другой недостаток этого известного устройства заключается в том, что оно содержит много стекловолокна, которое вызывает деформацию панелей и затрудняет их сборку.

Другое известное плавающее устройство содержит пену эпоксидной смолы и оболочку, сделанную из эпоксидной смолы или полиуретана. Такое термореактивное устройство не пригодно для повторного использования, дорого в изготовлении и хрупко в случае столкновения. Кроме того, пена эпоксидной смолы содержит открытые ячейки, которые заполняются водой в случае повреждения устройства.

Еще одно известное устройство содержит пену полиуретана, которая формирует оболочку при контакте с водой. Такое устройство не пригодно для повторного использования и дорого в изготовлении.

3. Цели изобретения

Изобретение ставит целью обеспечить плавающее устройство, в котором устранены недостаткам известных устройств.

В частности, одна цель изобретения состоит в обеспечении плавающего устройства, имеющего плотность и плавающие свойства, позволяющие использовать его под водой, когда давление достигает высоких значений, в частности от 0,8 до 1,2 МПа.

Другая цель изобретения состоит в обеспечении плавающего устройства, которое не является дорогим, благоприятно для окружающей среды и пригодно для многократного использования.

Еще одна цель изобретения состоит в обеспечении плавающего устройства, которое не заполняется водой в случае повреждения, например, когда происходит столкновение с препятствием.

4. Краткое описание изобретения

Изобретение обеспечивает эти цели полностью или частично в результате создания подводного плавающего устройства, содержащего:

- вставку, содержащую термопластический материал и полую трубу,

- пену из термопластического материала, по меньшей мере, частично покрывающую вставку,

- наружную обшивку, содержащую термопластический материал, который формируется инжекцией под давлением по пене и находится в контакте с водой во время использования.

Благодаря изобретению подводное плавающее устройство имеет необходимые технические признаки, будучи одновременно водонепроницаемым, благодаря наружной обшивке, легким благодаря пене и стойким к давлению благодаря комбинации компонентов, формирующих подводное плавающее устройство. Кроме того, подводное плавающее устройство может использоваться повторно и является не дорогим в производстве, благодаря термопластическому материалу, из которого сформированы различные компоненты устройства.

Для создания изобретения, изобретатели вышли за рамки предположения, что невозможно работать с термопластическими материалами при таком применении и, в частности, использовать некоторые термопластичные компоненты.

Действительно, для термопластических материалов, толщина материала во время производства должна быть низкой и постоянной. Причина состоит в том что, чем больше толщина, тем более важным становится явление сжатия материала, что не имеет места в случае термореактивного материала.

Таким образом, изобретатели нашли, что наличие вставки позволяет использовать термопластический материал.

Форма вставки помогает компенсировать места, где толщина пены слишком мала, следовательно, увеличивает жесткость подводного плавающего устройства.

Изменения толщины обшивки также могут помочь компенсировать места, где имеется слишком низкая толщина пены.

Кроме того изобретатели вышли за рамки другого предположения, что невозможно структурировать пену термопластического материала в виде обшивки из другого термопластического материала, такого как пена. Причина состоит в том, что температура и давление инжекции обшивки должны быть высокими так, что имеется риск плавления пены во время инжекции обшивки и риск сжатия пены во всем ее объеме. Термореактивный материал не связан с такими рисками.

Пена подводного плавающего устройства имеет предел упругости порядка 1,2 МПа. Поэтому, подводное плавающее устройство не теряет свою форму под давлениями окружающей морской среды 12 бар.

Благодаря тому факту, что крышка формуется из пены инжекцией под давлением, нет необходимости добавлять заглушки. Кроме того, могут быть получены более сложные формы, такие как края или малая толщина пены. Кроме того, из пены могут быть удалены остаточные пузырьки.

Термопластический материал вставки, пена и обшивка могут быть основаны на уникальном термопластичном материале, например полипропилене.

Преимущество такого материала состоит в том, что он может быть легко найден на рынке.

Этот признак помогает повторно использовать подводное плавающее устройство, поскольку три компонента или слоя подводного плавающего устройства состоят из одного и того же материала.

Устройство может иметь общую плотность в диапазоне от 50 кг/м³ до 750 кг/м³, например, в диапазоне от 150 кг/м³ до 500 кг/м³ или, например, равным приблизительно 250 кг/м³.

Такой признак улучшает плавучесть устройства.

Вставка и/или пена и/или обшивка могут быть сформированы инжекцией под давлением. Это может облегчить изготовление подводного плавающего устройства.

Пена может иметь плотность в диапазоне 30-700 кг/м³, например, в диапазоне 100-500 кг/м³ или, например, равным приблизительно 200 кг/м³. Такая плотность улучшает плавучесть пены, являющейся относительно легкой.

В конкретном варианте воплощения вставка содержит стекловолокно в пропорции от 0% до 60%, например между 5% и 40%. Стекловолокно позволяет укреплять структуру вставки. Присутствие стекловолокна требует отделить стекловолокно от остальной части устройства перед повторным использованием.

Вставка и пена могут быть прикреплены друг к другу. Пена и обшивка могут быть скреплены друг с другом. Такое соединение между двумя или тремя слоями может быть получено без использования клея, в основном, благодаря тому факту, что различные компоненты или слои подводного плавающего устройства сделаны из термопластического материала. Соединение, по меньшей мере, между двумя слоями подводного плавающего устройства укрепляет общую структуру подводного плавающего устройства, удаляя любой зазор между соответствующими компонентами. Кроме того, в случае повреждения наружной обшивки, соединение между слоями препятствует проникновению воды внутрь подводного плавающего устройства.

Пена может содержать закрытые ячейки. Тот факт, что пена содержит закрытые ячейки, полезно ограничивает количество воды, которая могла бы проникнуть в пену в случае повреждения наружной обшивки подводного плавающего устройства.

В предпочтительном варианте воплощения обшивка водонепроницаема.

Подводное плавающее устройство может быть выбрано из группы, состоящей из:

- крыла навигационного управляющего устройства, также называемого "птицей",

- крыла автономного подводного аппарата,

- крыла глиссера.

Еще один объект изобретения относится к навигационному управляющему устройству, содержащему описанное выше подводное плавающее устройство.

5. Краткое описание чертежей

Приложенные чертежи, которые включены в описание и составляют часть этого описания, иллюстрируют один или несколько вариантов воплощения и, вместе с описанием, объясняют эти варианты воплощения. На чертежах:

Фигура 1 - схематическое представление части сейсморазведочного кабеля, включая навигационное управляющее устройство, содержащее подводное плавающее устройство согласно изобретению;

Фигура 2 - схематическое представление сети сейсморазведочных кабелей, буксируемых судном, включая несколько навигационных управляющих устройств, аналогичных устройству, показанному на фигуре 1;

Фигура 3 - перспективный вид примерной вставки как части подводного плавающего устройства согласно изобретению;

Фигура 4 - увеличенная схема части IV вставки фигуры 3;

Фигура 5 - перспективный вид примера пены в части подводного плавающего устройства согласно изобретению; и

Фигура 6 - перспективный вид примерной наружной обшивки части подводного плавающего устройства согласно изобретению.

6. Подробное описание примерного варианта воплощения

Подводное плавающее устройство согласно изобретению может быть крылом навигационного управляющего устройства, также называемого "птицей", крылом автономного подводного аппарата, крылом глиссера или любого другого подходящего морского устройства.

В примерном варианте воплощения, показанном на фигурах, подводное плавающее устройство 1 является крылом навигационного управляющего устройства 2, или "птицы", как можно видеть на фигуре 1. Такое навигационное управляющее устройство 2 в данном примере содержит три крыла и является частью сейсморазведочного кабеля 3. Сейсморазведочный кабель 3 частично показан на фигуре 1 и содержит множество датчиков 20, также называемых гидрофонами, и преобразователи 22, один из которых показан на фигуре 1.

Сейсморазведочный кабель 3 является частью сети сейсморазведочных кабелей, показанных на фигуре 2, который буксируется судном 21, на котором расположена центральная система управления (не показана), включающая навигационную систему и пульт управления узлами системы.

В примерном варианте воплощения роль навигационного управляющего устройства 2 выполняется расположением акустических сейсморазведочных кабелей, источников сигналов и управлением сейсморазведочными кабелями. Система включает три подсистемы:

- контроллер глубины сейсморазведочного кабеля и рулевой механизм,

- акустические приемопередатчики и

- продвинутая подсистема телеметрии.

Сеть сейсморазведочных кабелей подходит для буксировки на глубине приблизительно 100 метров под уровнем моря, где механические нагрузки и давление воды являются значительными.

Подводное плавающее устройство 1, согласно изобретению, содержит три компонента или слоя:

- вставку, содержащую термопластический материал и полую трубу,

- пену термопластического материала, по меньшей мере, частично покрывающую вставку,

- наружную обшивку, содержащую термопластический материал, который сформирован инжекцией под давлением по пене и находится в контакте с водой во время использования.

Для создания изобретения изобретатели отказались от предположения, что невозможно работать с термопластическими материалами в такой области применения и, в частности, использовать несколько термопластических компонентов.

Действительно, для термопластических материалов толщина материала в процессе изготовления должна быть небольшой и постоянной. Причина состоит в том что, чем больше толщина, тем более важным становится процесс сжатия материала, что не имеет места в случае термореактивного материала.

Таким образом, изобретатели нашли, что наличие вставки позволяет использовать термопластический материал.

Форма вставки помогает компенсировать места, где толщина пены слишком мала, упрочняя, таким образом, подводное плавающее устройство.

Изменения толщины обшивки также может помочь компенсировать места, где толщина пены является слишком низкой.

Общая плотность подводного плавающего устройства 1 лежит в диапазоне от 50 до 750 кг/м³ и в настоящем примере, равна приблизительно 250 кг/м³.

Вставка 4 показана на фигуре 3. В этом примере вставка 4 изготовлена инжекцией термопластического материала под давлением. В данном варианте воплощения этот материал состоит из полипропилена. Этот материал содержит небольшое количество стекловолокна для закрепления внутренней структуры устройства. Вставка 4 включает полую трубу 7, проходящую по продольной оси X, открытую на одном открытом конце 8, и имеющую круглое поперечное сечение. В этом примере воплощения полая труба 7 позволяет прикрепить крыло к навигационному управляющему устройству 2. Полая труба 7 имеет другой закрытый конец 11 у верхнего конца 12 вставки 4, ширина которой больше диаметра полой трубы 7.

Вставка 4 также содержит основание 10, распространяющееся вокруг открытого конца 8, перпендикулярно к оси Х полой трубы non-симметричным способом. Вставка 4 содержит первые внешние ребра 9, которые, в основном, перпендикулярны оси X, и вторые внешние ребра 14, которые, в основном, параллельны оси Х и соединяют верхний конец 12 с основанием 10. Увеличенное представление части основания 10 вставки 4 показано на фигуре 4. На этой фигуре конец 32 одного из вторых внешних ребер 14 показан как формирующий своего рода вилку с тремя зубцами 33. Общая форма вставки, в частности, с первыми внешними ребрами 9, вторыми внешними ребрами 14, концом 32 с зубцами 33 и формой основания 10 выбраны так, чтобы обеспечить твердое крыло, даже когда толщина пены 5 составляет всего 5 мм.

Форма вставки может отличаться от описанной здесь, не выходя из объема изобретения.

Пена 5, показанная на фигуре 5, содержит полипропиленовую пену с закрытыми ячейками. Пена 5 имеет плотность порядка 200 кг/м³. Пена 5 инжектируется на вставку 4 таким образом, чтобы всюду иметь толщину, равную или больше 5 мм. Основание 10 и открытый конец 8 полой трубы 7 видны на фигуре 3 как части вставки 4, не покрытые пеной 5.

Пена 5 подводного плавающего устройства в одном варианте воплощения имеет предел упругости при сжатии, равный приблизительно 1,2 МПа.

Форма пены 5 подобна общей форме подводного плавающего устройства и формирует крыло. Внешняя форма пены 5 или подводного плавающего устройства 1 может отличаться, не выходя из объема изобретения.

В этом примере воплощения пена 5 и вставка 4 крепятся друг к другу без применения клея. В этом примере линии 13 являются отметками инжекции.

На фигуре 5 показано отверстие 30. Такое отверстие 30 предназначено крепления подводного плавающего устройства 1 к рычагу тела навигационного управляющего устройства 2.

Наружная обшивка 6 формируется на пене 5 инжекцией под давлением. Эта наружная обшивка показана на фигуре 4. Наружная обшивка 6 состоит из полипропилена. Она полностью покрывает пену 5 и является водонепроницаемой. Наружная обшивка 6 и пена 5 крепятся друг к другу без применения клея.

Такое соединение двух или трех слоев может быть получено, не добавляя клея, в частности, благодаря тому, что различные компоненты или слои подводного плавающего устройства сделаны из термопластического материала. Соединение между собой, по меньшей мере, двух слоев подводного плавающего устройства упрочняет общую структуру подводного плавающего устройства, убирая любой зазор между соответствующими компонентами. Кроме того, в случае повреждения наружной обшивки, плотное соединение между слоями препятствует проникновению воды в подводное плавающее устройство.

Полосы двух различных цветов, видимые на фигуре 6, ограничены линиями 13 из пены 5 и сделаны во время процесса инжекции. Кроме визуального эффекта они не выполняют никакой технической функции в изобретении.

Отверстие 30 покрыто наружной обшивкой 6, как показано на фигуре 6 на прямоугольном участке 34.

Способ изготовления подводного плавающего устройства состоит в следующем. Пресс-форма для вставки заполняется полипропиленом для инжекции, дополнительно содержащим стекловолокно. Вставка 4 затем накрывается другой пресс-формой для инжекции с пеной 5, которая сама наносится инжекцией на наружную обшивку 6.

В этом процессе температура и давление инжекции обшивки должны быть высокими так, что возникает риск плавления пены во время инжекции обшивки и риск сжатия пены по всему ее объему. В случае инжекции термореактивного материала такие риски отсутствуют.

Поэтому инжекция термопластического материала на пену оптимизирована, чтобы сосредоточить пену в центре пресс-формы, устранить плавление пены, минимизировать давления инжекции, чтобы уменьшить деформацию, и ограничить геометрические деформации, связанные со сжатием. Эта инжекция может быть осуществлена на одной или нескольких стадиях в соответствии ограничениями устройства согласно изобретению.

В раскрытом варианте воплощения подводное плавающее устройство представляет собой крыло навигационного управляющего устройства, но это может быть любой другой подводный аппарат, не выходящий из объема изобретения.

Объем патентоспособного предмета изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут быть реализованы специалистами в данной области. Такие другие примеры не выходят из объема пунктов формулы изобретения.

Термин «содержащий» должен интерпретироваться как синоним выражения «включающий, по меньшей мере, один», если не определено обратное.

Диапазоны величин должны интерпретироваться как включающие крайние значения, если не определено обратное.

Изобретение относится к подводному плавающему устройству (1), включающему вставку (4), содержащую термопластический материал и полую трубу (7), пену (5) из термопластического материала, по меньшей мере частично, закрывающего вставку (4), наружную обшивку (6), содержащую термопластический материал, который сформирован инжекцией под давлением по пене и находится в контакте с водой во время использования. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик подводного плавающего устройства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Подводное плавающее устройство (1), включающее:
- вставку (4), содержащую термопластический материал и полую трубу (7),
- пену (5) из термопластического материала, по меньшей мере частично, покрывающую вставку (4),
- наружную обшивку (6), содержащую термопластический материал, сформированный инжекцией под давлением по пене, при этом во время использования обшивка находится в контакте с водой.

2. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором термопластический материал вставки (4), пены (5) и обшивки (6) основан на однородном термопластическом материале.

3. Подводное плавающее устройство (1) по п.2, в котором указанный термопластический материал - полипропилен.

4. Подводное плавающее устройство по п.1, в котором указанное устройство имеет общую плотность в диапазоне от 50 кг/м³ к 250 кг/м³.

5. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором вставка (4), и/или пена (5), и/или обшивка (6) сформирована инжекцией под давлением.

6. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором пена (5) имеет плотность в диапазоне 50-700 кг/м³.

7. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором вставка (4) содержит стекловолокно в количестве от 0% до 60%.

8. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором вставка (4) и пена (5) крепятся друг к другу.

9. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором пена (5) и обшивка (6) крепятся друг к другу.

10. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором пена (5) содержит закрытые ячейки.

11. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором обшивка является водонепроницаемой.

12. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, в котором предел упругости при сжатии пены равен приблизительно 1,2 МПа.

13. Подводное плавающее устройство (1) по п.1, при этом указанное устройство выбирается из группы, состоящей из:
- крыла навигационного управляющего устройства,
- крыла автономного подводного устройства,
- крыла глиссера.

14. Навигационное управляющее устройство (2), содержащее по меньшей мере одно подводное плавающее устройство по любому из пп.1-13.