Способ регулирования плавучести буя и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК B63B21/52 

Изобретение относится к технике освоения и исследования океана, в частности к способам погружения и всплытия подводных устройств с регулируемой плавучестью, в том числе измерительных океанографических буев.

Известен способ регулирования плавучести буя, включающий выпуск газа из оболочки и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку плавучести и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа I.

Известно устройство для осуществления способа, содержащее оболочку, в верхней части которой расположен управляемый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие для прохода забортной воды, и газогенератор с управляемым клапаном подачи газа в оболочку, связанный с датчиком 1.

Недостатками известного способа и реализующего его устройства являются больщие скорости погружения и всплытия, влияющие на точность измерений, невысокая точность удержания буя на заданном горизонте.

Целью изобретения является повыщение точности удержания буя на заданной глубине, а также повыщение точности измерений путем уменьщения скорости движения буя.

Для достижения поставленной цели согласно способу регулирования плавучести буя, включающему выпуск газа из оболочки и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи Таза, выпуск или подачу газа прекращают при получении буем обратной плавучести.

Кроме того, в устройстве, содержащем оболочку, в верхней части которой расположен управляемый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие для прохода забортной водц, и газогенератор с управляемым клапаном подачи газа в оболочку, связанный с датчиком, последний содержит двуплечий рычаг, контакты и поплавок нулевой плавучести, закрепленный на одном плече двуплечего рычага с возможностью поворота относительно горизонтальной оси и расположенный на уровне грузовой ватерлинии снаружи буя, а другое плечо указанного двуплечего рычага расположено между двумя контактами, закрепленными вертикально друг над другом в корпусе буя, при этом верхний контакт связан с клапаном подачи газа в оболочку, а нижний - с клапаном выпуска газа из оболочки.

На фиг. Г схематически представлен буй с регулируемой плавучестью, общий вид (справа от датчика указана щкала состояния плавучести буя); на фиг. 2 - схема системы автоматики буя; на фиг. 3 - датчик состояния плавучести буя.

Буй содержит оболочку 1 плавучести, вверху которой имеется управляемый клапан 2 выпуска газа из оболочки, а внизу - отверстие 3 для прохода окружающей воды.

Буй имеет газогенератор 4 с управляемым клапаном 5 подачи газа в оболочку по трубопроводу 6 и датчик 7 состояния плавучести, установленный на уровне грузовой ватерлинии снаружи буя. Выходы датчика 7 соединены со входами управляющих узлов 8 и 9 газовых клапанов 2 и 5 (фиг. 2). Система автоматики включает также командный блок 10. К бую присоединены измерительные приборы 11.

Датчик 7 состояния плавучести, выпол0 ненный в виде поплавка нулевой плавучести (фиг. 3), содержит установленный на горизонтальной оси 12 неравноплечий рычаг 13, короткий конец которого находится между контактами 14 и 15, а на другом конце закреплена емкость 16 с пробкой 17, заполненная легкой жидкостью 18 (например, бензином) так, что приведенная плотность поплавка соответствует плотности воды.

При погружении в плавающем на поQ верхности воды буе начинают выпускать газ из оболочки 1, заполняя ее забортной водой снизу через отверстие 3. Осуществляют это посредством открытия клапана 2 по сигналу командного блока 10. Положительная плавучесть буя под действием силы

5 тяжести уменьщается до нуля, буй опускается относительно поверхности воды, но пока остается на плаву (до тех пор. Пока не изменяется знак плавучести).

После получения незначительной отрицательной плавучести буй начинает погружаться (тонуть), датчик 7 состояния плавучести переходит через горизонтальное положение (фиг. 3) и срабатывают контакты 15. По сигналу датчика 7 через управляющий узел 8 газовый клапан 2 закры5 вается и выпуск газа из оболочки прекращают.:

При дальнейщем погружении наружное давление возрастает пропорционально глубине и объем газа в оболочке уменьщается только за счет сжатия .постоянной массы

0 газа, находящейся в оболочке, а не за счет выпуска газа из нее, как в прототипе, что приводит к уменьщению скорости погружения буя.

5 Кроме того, благодаря сохранению массы газа в оболочке при погружении для последующего всплытия в оболочку нужно подать из газогенератора меньщее количество газа, чем в прототипе, что экономит расход газа, запасы которого определяют общую продолжительность работы буя. .

Для всплытия в оболочку 1 подают газ из газогенератора 4, в котором газ находится под давлением, превышающим давление окружающей , посредством открытия управляемого клапана 5 по сигналу командного блока 10 и начинают вытеснять забортную воду из оболочки. Отрицательная плавучесть буя уменьшается до нуля, и буй останавливается.

Дальнейшее вытеснение воды из оболочки 1 придает бую незначительную положительную плавучесть, буй начинает всплывать, датчик состояния плавучести 7 переходит через свое горизонтальное положение в обратном направлении и срабатывают контакты 14. По этому сигналу через управляющий, узел 9 газовый клапан 5 закрывается и подачу газа в оболочку прекращают.

При дальнейшем всплытии объем газа в оболочке возрастает за счет расширения только той массы газа, которая находилась в оболочке в момент начала всплытия (в прототипе газ подается в оболочку и после этого момента, что с одной стороны,является излишним расходом газа и,с другой стороны, придает дополнительную скорость всплытию, причем последнее происходит за счет дополнительного увеличения объема, занимаемого газом в оболочке и, соответствен;но, создания дополнительной положительной плавучести.

Регулирование плавучести- буя при удержании на заданной глубине осуществляется путем поддержания нулевой плавучести буя и посредством открывания по сигналам командного блока 10 соответствующих газовых клапанов 2 и 5. Если буй по какимто причинам начинает смещаться, например, вверх от заданного горизонта (приобретает положительную плавучесть), то по сигналу командного блока 10 открывается клапан 2, газ начинает выходить из оболочки, положительная плавучесть уменьшается до нуля и после приобретения ею незначительной отрицательной величины по сигналу датчика 7 закрывается клапан 2, и буй возвращается на горизонт, т.е. происходит проueQC, аналогичный уписанному процессу, погружения.

Если буй по каким-либо причинам смещается вниз от заданного горизонта (приобретает отрицательную плавучесть), то по сигналу командного блока 10 открывается клапан 5, газ поступает в оболочку и вытесняет оттуда воду, отрицательная плавучесть буя уменьшается до нуля и после приобретения буем незначительной положительной плавучести по сигналу датчика 7 закрывается клапан 5, и буй возвращается на горизонт, т.е. этот процесс также аналогичен описанному процессу всплытия.

Таким образом, за счет ,более раннего, чем в прототипе, прекращения выпуска или подачи газа, а именно при получении буем обратной плавучести, скорость возвращения буя на заданный горизонт меньше, чем в прототипе, в результате чего уменьшается амплитуда вертикальных колебаний буя относительно этого горизонта по сравнению с прототипом.

Работа датчика состояния плавучести заключается в следующем.

Датчик 7 состояния плавучести буя реагирует на положительную, отрицательную и нулевую плавучесть буя и подает сигналы (например, замыкая контакты) на закрытие газовых клапанов через соответствующие управляющие узлы этих клапанов.

Датчик 7 состояния плавучести выполнен в виде поплавка нулевой плавучести (фиг. 3) с приведенной плотностью, равной плотности воды. Поэтому он реагирует на изменение характера движения буя вследствие действующих на него сил инерции и сопротивления потоку, обтекающему буй. При состоянии нулевой плавучести буя в среде (буй неподвижен) поплавок нулевой плавучести горизонтален, а при погружении или всплытии (соответственно при получении буем отрицательной или положительной плавучести) поплавок отклоняется в сторону, противоположную движению, и подает сигналы на закрытие соответственно клапанов 2 и 5. Таким образом, три рабочих положения поплавка нулевой плавучести - горизонтальное, поднят вверх, опущен вниз - отражают три состояния плавучести буя: соответственно нулевую, отрицательную и положительную. Момент перехода от одного состояния плавучести буя к другому сопровождается соответствующим изменением рабочего положения датчика.

Место установки датчика 7 состояния плавучести при работе буя в среде не имеет значения.

Предпочтительно размещение датчика на уровне грузовой ватерлинии буя или несколько выще ее.

Время подачи сигнала от датчика 7 можно увеличить или уменьшить, изменив расстояние между датчиком и контактами 14 и 15.

Технико-экономические преимущества изобретения состоят в возможности уменьшения скорости вертикального погружения и всплытия буев с регулируемой плавучестью при вертикальных гидрологических разрезах и уменьшении-амплитуды их вертикальных колебаний около заданного горизонта при горизонтальных гидрологических разрезах для повышения точности и достоверности измерений, а также в увеличении общей продолжительности работы буев.

1. Способ регулирования плавучести буя, включаюпдий выпуск газа из оболочки и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекрапдением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности удержания буя на заданной глубине, выпуск или подачу газа прекращают при получении буем обратной плавучести. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее оболочку, в верхней части которой расположен управляемый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие для прохода забортной воды, и газогенератор с управляемым клапаном подачи газа в оболочку, связанный с датчиком, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений путем уменьшения скорости движения буя, датчик содержит двуплечий рычаг, контакты и поплавок нулевой плавучести, закрепленный на одном плече двуплечего рычага с возможностью поворота относительно горизонтальной оси и расположенный на уровне грузовой ватерлинии снаружи буя, а другое плечо указанного двуплечего рычага расположено между двумя контактами, закрепленными вертикально друг над другс1м .в корпусе буя, при этом верхний контакт связан с клапаном подачи газа в оболочку, а нижний - с клапаном выпуска газа из оболочки.

л

/ и

® W

/.

75