Стенд для имитации низкочастотных вертикальных колебаний льда Российский патент 2023 года по МПК G01M7/02 G01V1/16 

Стенд для имитации низкочастотных вертикальных колебаний льда относится к G01L ½; В35В 35/42, а точнее к ледоведению и ледотехнике и предназначен для имитации (физического моделирования) волновых и колебательных процессов, протекающих в естественном ледяном покрове в вертикальной плоскости, а также для тестирования сейсмометров, предназначенных для выявления предикторов разрушения льда при сжатиях, подвижках, торошениях и волновых воздействиях на дрейфующие ледяные поля и припай. Такие данные необходимы для безопасного нахождения людей и материальных ценностей на льду, при проектировании и эксплуатации нефтедобывающих платформ в ледовых условиях, при разгрузке судов на ледяной покров, а также для обеспечения условий ледового плавания.

Известен длинноволновый вибростенд (модель 9155D- 779) для поверки и калибровки низкочастотных акселерометров, и сейсмических датчиков. Вибростенд позволяет проводить калибровку на частотах от 0,1 Гц до 500 Гц при максимальной массе калибруемого датчика 2 кг [1].

Недостатком такого стенда является ограничение веса датчика двумя килограммами и невозможность тестирования сейсмометров на частотах ниже 0,1 Гц. Кроме того, стенд не предназначен для имитации естественных колебаний льда и для тестирования нескольких датчиков одновременно.

Известна специальная гидравлическая платформа, предназначенная для калибровки сейсмометров, которая представляет собой консоль с закрепленным краем. При этом под свободным краем платформы располагаются сильфоны, заполненные гидравлической жидкостью и связанные рукавом с задающим сильфоном, который соединен шатунным механизмом с маховиком, насаженным на вал электродвигателя постоянного тока. Вращательное движение вала электродвигателя стабилизируется маховиком, преобразуется в возвратно-поступательное движение шатунного механизма и передается на задающий сильфон, который воздействует на рабочие сильфоны. При изменении скорости вращения электродвигателя меняется частота колебаний платформы [2].

Недостатком специальной гидравлической платформы является невозможность задания колебаний с частотой ниже 0,1 Гц. При этом платформа, кроме вертикальных колебаний, создает наклоны, что снижает точность тестирования сейсмометров. На такой платформе сложно избавиться от паразитных поперечных колебаний консоли, которые также снижают точность тестирования датчиков.

Известен стенд для имитации низкочастотных горизонтальных колебаний льда, в котором применено устройство, задающее колебательные движения платформе и состоящее из двух сообщающихся сосудов с жидкостью. Один из сосудов с помощью тросика, перекинутого через ролик, соединен с диском, насаженным на вал понижающего редуктора, который, в свою очередь, соединен с валом электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью вращения вала. При этом в диске сделана прорезь, в которую вставлен колок с тросиком. Перемещение колка по прорези диска обеспечивает регулировку размаха колебаний одного из сообщающихся сосудов с жидкостью, а вращение диска задает ему колебательные перемещения, что приводит к периодическому изменению веса второго сообщающегося сосуда, связанного через другой ролик с платформой [3].

Недостатком стенда является то, что с его помощью можно создавать только горизонтальные колебательные движения платформе и, таким образом, калибровать исключительно горизонтальные составляющие сейсмометров.

Известен, принятый за прототип, стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова, в котором платформа в виде консоли с зажатым юстировочными винтами краем располагается на поплавке, погруженном в жидкость, налитую в бак, а для устранения поперечных паразитных колебаний к нижней поверхности платформы крепится демпфер (киль) в виде пластины, также находящейся в баке с жидкостью. На свободный конец платформы оказывается воздействие при помощи механического рычажного устройства [4].

Недостатком стенда является то, что вертикальная составляющая колебаний платформы обеспечивается за счет наклонов, что снижает точность тестирования сейсмометров по их вертикальной компоненте.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества имитации (моделирования) вертикальных низкочастотных колебательных процессов ледяного покрова с целью увеличения точности тестирования вертикальных компонент сейсмометров. Указанный технический результат достигается тем, что платформа выполнена в виде поплавка, помещенного в бак с жидкостью. При этом по периметру платформы крепится эластичная мембрана, которая закрепляется и на стенках бака на уровне поверхности жидкости в нем. На нижней поверхности платформы находится демпфер в виде двух крестообразно расположенных пластин. На платформу устанавливаются один или несколько испытуемых сейсмометров. Вертикальные колебания платформе придаются за счет сообщающихся емкостей, образованных баком и задающим сосудом, соединенных рукавом и заполненных жидкостью. Между платформой и дном бака располагается рассекатель, который представляет собой пластину с отверстиями, что обеспечивает более равномерное поступление жидкости из задающего сосуда в бак. Задающий сосуд тросиком, перекинутым через ролик, крепится к колку, установленному в прорези диска, насаженного на вал понижающего редуктора, который связан с валом электродвигателя постоянного тока. Перемещение колка в прорези диска дает возможность регулировать величину размаха колебаний задающего сосуда и, как результат, размаха колебаний платформы. Применение электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью вращения вала и наличие понижающего редуктора обеспечивают широкий диапазон задания низкочастотных колебаний платформе. Колебания платформы регистрируются электронным датчиком перемещения, например, оптического типа с записью на компьютер.

Состав предлагаемой конструкции приведен на фиг. 1, на которой представлен:

1 - основание стенда;

2 - бак с жидкостью;

3 - рукав гибкий;

4 - задающий сосуд;

5 - платформа в виде поплавка с демпфером;

6 - сейсмометры;

7 - демпфер в виде двух крестообразно расположенных пластин;

8 - мембрана эластичная;

9 - тросик;

10 - ролик;

11 - колок;

12 - прорезь;

13 - диск;

14 - электродвигатель постоянного тока с понижающим редуктором;

15 - рассекатель;

А - стрелка указатель колебаний задающего сосуда 4;

Б - стрелка указатель колебаний уровня жидкости в баке 2.

Работа стенда для имитации низкочастотных вертикальных колебаний льда осуществляется следующим образом. На платформе 5, устанавливаются сейсмометры 6. Сама платформа 5 погружается в бак 2, расположенный на основании 1 стенда. К нижней поверхности платформы 5 закрепляется демпфер 7 в виде двух крестообразно соединенных пластин, которые обеспечивают устранение продольных и поперечных горизонтальных паразитных колебаний платформы 5. Для фиксации платформы 5 в центре бака 2 и для дополнительного устранения ее паразитных движений служит эластичная мембрана 8, которая закреплена по периметру платформы 5 и по стенкам бака 2 на уровне поверхности жидкости в баке 2. Вертикальные колебания платформе 5 обеспечиваются за счет сообщающихся емкостей, образованных баком 2, соединенным рукавом 3 с задающим сосудом 4. Задающий сосуд 4 тросиком 9, перекинутым через ролик 10, соединен с колком 11, установленным в прорези 12 диска 13, насаженного на вал понижающего редуктора (на фиг. 1 не указан), который связан с валом электродвигателя постоянного тока 14. Вращательное движение вала электродвигателя 14 преобразуется в колебания задающего сосуда 4 (стрелка А), которые при перетекании жидкости в бак 2 и обратно в задающий сосуд 4 создают низкочастотные колебания платформы 5 (стрелка В). Периодические вертикальные перемещения платформы 5 регистрируются электронным датчиком перемещений, например, оптического типа и записываются на компьютер (на фиг. 1 не указаны).

Использованные источники

1. ООО "НОВАТЕСТ", (info@novatst.ru. www. novatst.ru), адрес: Россия, 141401, г. Химки, Ленинский пр-т, д. 1, корп.2.

2. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И, Ковалев С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011, с. 178.

3. Павлов А.Н., Шушлебин А.И., Ковалев С.М. Стенд для имитации низкочастотных горизонтальных колебаний льда. Патент на изобретение №2773439.

4. Павлов А.Н., Шушлебин А.И., Ковалев С.М. Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова. Патент на изобретение №2759421. (Прототип).

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к ледоведению и ледотехнике, и может быть использовано для физического моделирования колебательных и волновых процессов, протекающих в естественном ледяном покрове, а также для тестирования сейсмометров. Устройство располагает платформой, выполненной в виде поплавка, погруженного в бак с жидкостью. Для фиксации платформы в центре бака и для дополнительного устранения ее паразитных движений служит эластичная мембрана, которая закреплена по периметру поплавка и по стенкам бака на уровне поверхности жидкости в баке. На нижней поверхности платформы находится демпфер в виде двух крестообразно расположенных пластин. На платформу устанавливаются один или несколько испытуемых сейсмометров. Вертикальные колебания платформе обеспечиваются за счет сообщающихся емкостей, образованных баком и задающим сосудом, соединенных гибким рукавом и заполненных жидкостью. Между дном бака и платформой размещается рассекатель потока жидкости, который обеспечивает равномерное перетекание жидкости при колебаниях задающего сосуда. Задающий сосуд тросиком, перекинутым через ролик, соединен с колком, установленным в прорези диска, насаженного на вал понижающего редуктора, который связан с валом электродвигателя постоянного тока. Перемещение колка в прорези диска дает возможность регулировать величину размаха колебаний задающего сосуда и, как результат, размаха колебаний платформы. Применение электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью вращения вала и наличие понижающего редуктора обеспечивают широкий диапазон задания низкочастотных колебаний платформе. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества имитации вертикальных низкочастотных колебательных процессов ледяного покрова с целью увеличения точности тестирования вертикальных компонент сейсмометров. 1 ил.

Стенд для имитации низкочастотных вертикальных колебаний льда, включающий платформу для установки сейсмометров на поплавке с демпфером в виде пластины, размещенном в баке с жидкостью, установленном на основании стенда, устройство для задания вертикальных колебаний в виде сообщающихся сосудов, соединенных рукавом, при этом один из сосудов соединен тросиком, перекинутым через ролик с колком, установленным в прорези диска, насаженного на вал редуктора, соединенного с электродвигателем постоянного тока, и датчик перемещений, отличающийся тем, что сообщающиеся сосуды образованы задающим сосудом и баком, а платформа в виде поплавка размещена в эластичной мембране, которая закреплена по периметру поплавка и по стенкам бака на уровне поверхности жидкости, к нижней поверхности поплавка прикреплен демпфер в виде двух крестообразно расположенных пластин, а между дном бака и платформой находится рассекатель потока жидкости в виде пластины с отверстиями.