УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДМЕТОВ, ПОДНИМАЕМЫХ ЗЕМСНАРЯДОМ В ХОДЕ ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ РАБОТ Российский патент 2024 года по МПК G01S15/89 

Изобретение относится к области гидромеханизации и предназначено для контроля и управления технологическим оборудованием землесосных снарядов при проведении дноуглубительных или добычных работ. При обнаружении посторонних предметов, например взрывоопасных, устройство обеспечивает сигнализацию, в том числе тревожную.

Известны устройства, которые могут быть использованы для обнаружения посторонних предметов в извлекаемом грунте путем измерения плотности пульпы, например, радиоизотопными плотномерами (пат. РФ №23105, МПК G01N 23/02, опубл. 20.05.2002), измеряющими плотность пульпы по степени поглощения пульпой рентгеновских лучей. Достоинством метода является прямое измерение массы вещества, поглощающего лучи по ходу их распространения. Недостатком - необходимость использования излучающего радиацию источника рентгеновского излучения.

Известно устройство для определения плотности пульпы в процессе дноуглубительных или добычных работ на земснарядах, работающее с использованием акустических сигналов (пат. РФ №2694448, МПК G01N 9/24, опубл. 15.07.2019). Устройство основано на измерении плотности пульпы через стенку пульпопровода на прямом участке и представляет собой плотномер, состоящий из генератора зондирующих импульсов, электроакустического преобразователя, установленного на внешней стенке трубы с пульпой, усилителя-ограничителя, аналогово-цифрового преобразователя и блока цифровой обработки сигналов. Плата цифровой обработки сигнала обеспечивает полосовую фильтрацию, преобразование Гильберта, расчет амплитуды принятого сигнала, логарифмирование амплитуды, аппроксимацию части графика логарифма амплитуды прямой, вычисление угла наклона, по углу наклона вычисляется плотность пульпы.

Достоинством устройства является прямое измерение плотности пульпы. Недостатком - сложность установки, необходимость дорогостоящего обслуживания и замены.

Среди известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является устройство, описанное в пат. РФ №2104494, МПК G01D 1/18, опубл. 15.07.2019. Устройство содержит последовательно включенный ультразвуковые излучатель и приемник, выход которого соединен с входом усилителя, последовательно соединенного с фильтром, выход которого, в свою очередь, соединен с входом порогового устройства. Устройство-прототип предназначено для определения состояния объема, заполненного упругой средой, при изменении которого подает сигнал, в том числе тревоги, на пульт охранной сигнализации.

Недостатком прототипа является невозможность его использования под водой в районе проведения дноуглубительных работ. Такие работы могут проводиться на глубинах до нескольких десятков метров.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность использования устройства для обнаружения под водой на глубинах, достигающих нескольких десятков метров, посторонних предметов в извлекаемом земснарядом грунте.

Для достижения указанного результата используется следующая совокупность существенных признаков: устройство обнаружения предметов, поднимаемых земснарядом в ходе дноуглубительных работ, (содержащее также, как и прототип: ультразвуковой излучатель, ультразвуковой приемник, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого, в свою очередь, соединен с входом фильтра, выходом соединенного с входом порогового устройства, ) в отличие от прототипа дополнительно содержит ультразвуковой генератор, источник питания, а также первый и второй амортизаторы, при этом ультразвуковые излучатель и приемник размещены на амортизаторах в отверстиях трубы пульпопровода земснаряда с диаметрально противоположных сторон указанной трубы вблизи рабочего органа земснаряда, причем усилитель, а также ультразвуковые излучатель, приемник и генератор изготовлены в водонепроницаемом исполнении и закреплены на трубе пульпопровода, в свою очередь выход источника питания соединен с ультразвуковым генератором, усилителем и пороговым устройством, выход которого соединен с соответствующим входом судовой аварийно-предупредительной сигнализации.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показывает, что поставленная задача - возможность использования устройства для обнаружения под водой на глубинах, достигающих нескольких десятков метров, посторонних предметов в извлекаемом земснарядом грунте - решаются в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидромеханизации не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами где: на фиг. 1 представлено схематичное изображение устройства, разделенное на две части, одна из которых, обозначенная «В районе рабочего органа», вместе с рабочим органом земснаряда в процессе дноуглубительных работ опускается под воду, на глубину в несколько метров или десятков метров - в зависимости от конструкции этого рабочего органа, а также глубин, где работает земснаряд. Элементом конструкции рабочего органа земснаряда является труба пульпопровода, по которой со дна на борт земснаряда подается пульпа. В трубе с помощью первого и второго резиновых амортизаторов закреплены ультразвуковой излучатель, а также ультразвуковой приемник. В другой - правой части, обозначенной как «Надводная часть (на борту земснаряда)», располагаются те компоненты предлагаемого технического решения, которые во время выполнения земснарядом подводных работ находятся на его борту.

На фиг. 1 обозначены: 1 - ультразвуковой приемник, УЗ-П, так как он предназначен для работы под водой, его оболочка должна соответствовать нормам IP 68 (См. ГОСТ 14254 - 2015.); 2 - первый амортизатор; 3 - усилитель, У, также предназначен для работы под водой, поэтому и его оболочка должна быть изготовлена по нормам IP 68; 4 - выпрямитель, В; 5 - фильтр, Ф; 6 - пороговое устройство, ПУ; 7 - судовая аварийно-предупредительная сигнализация, АПС; 8 - источник питания, ИП; 9 - ультразвуковой генератор, Г, так как предназначен для работы под водой, он должен быть изготовлен по нормам IP 68; 10 - второй амортизатор; 11 - ультразвуковой излучатель, УЗ-И, тоже предназначен для работы под водой, поэтому должен быть изготовлен по нормам IP 68.

Как указывалось выше, ультразвуковой приемник УЗ-П (1) с помощью первого амортизатора (2) закреплен в непосредственной близости от рабочего органа земснаряда в трубе, по которой подается пульпа. Ультразвуковой излучатель УЗ-И (11) закреплен в той же трубе напротив ультразвукового приемника УЗ-П (1) с помощью второго амортизатора (10). В предлагаемой конструкции первый (2) и второй (10) амортизаторы необходимы для уменьшения влияния ультразвуковых колебаний от ультразвукового излучателя УЗ-И (11) на ультразвуковой приемник УЗ-П (1) по стенкам трубы, в которой они размещены.

Выход источника питания ИП (8) соединен с усилителем У (3), пороговым устройством ПУ (6) и ультразвуковым генератором Г (9). Выход последнего соединен с соответствующим входом судовой аварийно-предупредительной сигнализации АПС (7).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После включения источника питания ИП (8), начнет работать ультразвуковой генератор Г (9), и запустится ультразвуковой излучатель УЗ-И (11). Когда рабочий орган земснаряда будет опущен под воду и начнет выполнение дноуглубительных работ, в пульпе, перемещающейся по трубе между ультразвуковым излучателем УЗ-И (11) и ультразвуковым приемником УЗ-П (1) через некоторое время после их начала образуется стационарное поле ультразвуковых колебаний.

Сигнал от ультразвукового приемника УЗ-П (1) в усилителе У (3) будет увеличен по амплитуде, преобразован в пульсирующий сигнал выпрямителем В (4) и сглажен фильтром Ф (5). Пороговое устройство ПУ (6) настраивается так, чтобы предотвратить поступление ложных сигналов в судовую аварийно-предупредительную сигнализацию АПС (7).

Если в контролируемое пространство между ультразвуковым приемником УЗ-П (1) и ультразвуковым излучателем УЗ-И (11) попадет какой-либо посторонний, в том числе, взрывоопасный предмет, стационарность ультразвуковых колебаний будет нарушена. По цепочке «ультразвуковой приемник УЗ-П (1) → выпрямитель В (4) → фильтр Ф (5)» это приведет к изменению сигнала на входе порогового устройства ПУ (6), что в свою очередь, вызовет запуск судовой аварийно-предупредительной сигнализации АПС (7).

При получении данного сигнала от судовой аварийно-предупредительной сигнализации АПС (7) экипаж земснаряда должен начать действовать в соответствии с положениями применимой для такого случая процедуры.

За счет вновь введенных элементов и связей предлагаемое устройство обеспечивает возможность выявлять в пульпе под водой посторонние предметы на глубинах, достигающих нескольких метров или десятков метров.

Это позволит экипажу земснаряда, проводящего дноуглубительные работы, своевременно среагировать на появление посторонних, включая взрывоопасные, предметов, что позволит уберечь людей от возможных травм или гибели, а земснаряд - от повреждений.

Предлагаемое изобретение было создано на кафедре основ судовой электроэнергетики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены экспериментальные исследования и расчеты, показавшие возможность использования заявляемого устройства при проведении дноуглубительных или добычных работ.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для обнаружения предметов, поднимаемых земснарядом в ходе дноуглубительных работ. Сущность: устройство содержит ультразвуковой приемник (1), два амортизатора (2, 10), усилитель (3), ультразвуковой генератор (9) и ультразвуковой излучатель (11), размещенные в районе рабочего органа земснаряда, а также выпрямитель (4), фильтр (5), пороговое устройство (6), судовую аварийно-предупредительную сигнализацию (7) и источник (8) питания, размещенные на борту земснаряда в надводной части. При этом ультразвуковые излучатель (11) и приемник (1) размещены на амортизаторах (2, 10) в отверстиях трубы пульпопровода земснаряда с диаметрально противоположных сторон трубы вблизи рабочего органа земснаряда. Усилитель (3), ультразвуковые излучатель (11), приемник (1) и генератор (9) выполнены водонепроницаемыми и закреплены на трубе пульпопровода. Технический результат: обнаружение под водой на глубинах, достигающих нескольких десятков метров, посторонних предметов в извлекаемом земснарядом грунте. 1 ил.

Устройство обнаружения предметов, поднимаемых земснарядом в ходе дноуглубительных работ, содержащее ультразвуковой излучатель, ультразвуковой приемник, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход которого, в свою очередь, соединен с входом фильтра, выход которого соединен с входом порогового устройства, отличающееся тем, что дополнительно содержит ультразвуковой генератор, источник питания, а также первый и второй амортизаторы, при этом ультразвуковые излучатель и приемник размещены на амортизаторах в отверстиях трубы пульпопровода земснаряда с диаметрально противоположных сторон трубы вблизи рабочего органа земснаряда, причем усилитель, а также ультразвуковые излучатель, приемник и генератор изготовлены в водонепроницаемом исполнении и закреплены на трубе пульпопровода, в свою очередь, выход источника питания соединен с ультразвуковым генератором, усилителем и пороговым устройством, выход которого соединен с соответствующим входом судовой аварийно-предупредительной сигнализации.