Размыкатель для возвращаемых подводных аппаратов

Полезная модель относится к области океанографической техники. Размыкатель содержит термоконтейнер, закрепленный при помощи кольцевых держателей на грузонесущей штанге. Термоконтейнер включает средства подачи командного сигнала на размыкание, батарею электропитания, исполнительный механизм размыкания, размыкающий элемент, который закреплен на нижней части грузонесущей штанги. Исполнительный механизм размыкания содержит бистабильный электромагнитный клапан, связанный через электромагнитное реле со средством подачи командного сигнала на размыкание. Выступающий из термоконтейнера элемент исполнительного механизма размыкания выполнен в виде плавающего поршня, установленного в цилиндрическом вертикально ориентированном и открытом с нижней стороны стакане, расположенном в нижней части термоконтейнера. Закрытый объем между дном стакана и поршнем в его нижнем выступающем положении герметично соединен с входным штуцером электромагнитного клапана и в период удержания нагрузки при закрытом клапане заполнен жидкостью. Для перетекания жидкости при осуществлении операции размыкания при открытом клапане исполнительный механизм размыкания снабжен расположенной в термоконтейнере приемной камерой, связанной с выходным штуцером электромагнитного клапана. Приемная камера выполнена в виде эластичной трубки с заглушенным концом и спирально уложена вокруг электромагнитного клапана. Нижняя часть грузонесущей штанги выполнена с вертикальной прорезью под размыкающий элемент, который выполнен в виде пластины с опорным вырезом по нижнему краю и отверстием под серьгу, предохранительным штифтом и скошенным верхним краем, упирающимся в выступающий поршень в положении удержания рабочей нагрузки. Повышается надежность размыкания. 5 илл.

Полезная модель относится к области океанографической техники и может быть использована для размыкания механической связи между подводным техническим средством, при необходимости его возвращения на поверхность, и якорем.

Известны дистанционно или программно управляемые размыкатели нагруженных механических связей, применяемые в практике океанографических исследований при работе с притопленными заякоренными станциями для их возвращения в нужный момент времени на поверхность океана, содержащие механический размыкатель, исполнительный механизм размыкания, блоки излучения и приема кодированных сигналов дистанционного управления исполнительным механизмом размыкания или, как вариант, таймер и автономный генератор сигнала управления исполнительным механизмом размыкания, и электромагнитное реле, являющееся выходом блока приема сигналов или таймера и соединенное с механическим размыкателем, исполнительный механизм размыкания которого приводится в действие изолированными от воды и гидростатического давления элементами, а конечная ступень исполнительного механизма размыкания находится в водной среде под высоким гидростатическим давлением. Исполнительный механизм размыкания приводится в действие движением вала или штока, выходящего из термоконтейнера через систему уплотнения поршневого типа. Отсоединенная от якоря станция всплывает на поверхность и поднимается на судно. Устройства подобного назначения выпускаются фирмами InterOcean

(111.htm), Sonardyne (transponders.html), Subseasonics (), ORE Offshore () Benthos () и российскими производителями Санзар (http://www.sanzar.ru/), ОКБ ОТ РАН (http://www.edboe.ru/products/agar_mp_http://exm.htm) и др.

Известны размыкатели, не имеющие электромагнитного привода с механическим воздействием на исполнительный механизм размыкания; в них удержание исполнительного механизма в закрытом состоянии обеспечивается проволокой, которая для открытия механизма разрушается путем подачи на нее напряжения, вызывающего быструю электрокоррозию. Примером такого устройства являются размыкатели Acoustic Release Control System (ARC) компании Desert Star Systems (http://www.desertstar.com), Subseasonics (http://subseasonics.com/underwater-timed-release-system/) и других производителей. К недостаткам дистанционно или программно управляемых размыкателей указанных типов можно отнести то, что при продолжительном пребывании в морской среде они эпизодически не срабатывают при поступлении нормально сформированного сигнала управления электромагнитным приводом. Такая нештатная ситуация чревата потерей дорогостоящего оборудования и полученной с его помощью информации. Причинами несрабатывания являются высокое трение в системе поршневого уплотнения вала или штока, препятствующее его движению; если для удержания исполнительного механизма размыкания используются детали, не выдерживающие больших механических нагрузок, например, проволока, это влечет за собой необходимость построения многоступенчатой системы удержания больших нагрузок, содержащей большое количество сопряженных деталей, подверженных коррозии и биологическому обрастанию, что в свою очередь повышает вероятность отказов при продолжительном нахождении в морской среде.

Известен размыкатель Б.А. Штефана для возвращаемых подводных объектов (RU 38154, МПК B63B 22/00, G01S 15/00, G01V 1/38, опубл. 27.05.2004 г.), содержащий корпус с закрепленными на нем исполнительным механизмом размыкания и захватом, размещенным в двух симметрично закрепленных винтами на корпусе боксах с диэлектрической жидкостью, захват выполнен в виде крюка, снабженного в нижней части вертлюгом в виде поворотной планки. Исполнительный механизм размыкания включает электромагнит с подвижным втяжным штоком и роликами на его конце, мембрану, соединенную со штоком и закрепленную в боксе перфорированной гайкой, упругий компенсатор, а также пружину и датчик обратной связи. Боксы снабжены пробками для заливки диэлектрической жидкости, крышки боксов имеют каналы соединения с внешней морской средой, а корпус имеет канал для подачи командного сигнала на размыкание на электромагнит и сигнала обратной связи о выполнении команды размыкания. Винты закрепления боксов исполнительных механизмом и пробки для заливки диэлектрической жидкости снабжены уплотнительными элементами.

Описанный размыкатель отличается сложностью конструкции, обусловленной использованием изолированных от внешней среды камер-боксов с диэлектрической жидкостью.

За ближайший аналог предлагаемой полезной модели принят акустический размыкатель фирмы ИнтерОушен модели 111 для мелководья (The Interocean Model 111 Shallow Water Acoustic Release [http://www.interoceansystems.com/rel_l111.htm]), предназначенный для удержания подводных изделий с положительной плавучестью до 0.3 т на глубинах до 300 м, содержащий механический размыкатель, исполнительный механизм размыкания, блоки излучения и приема кодированных сигналов дистанционного управления исполнительным механизмом размыкания, в котором механическое расцепление производится с помощью электромотора с большим вращающим моментом, а груз подвешен на горизонтальном рычаге, поворачивающемся на оси, проходящей через отверстие на одном конце рычага, а второй конец рычага опирается на L-образный упор, шток которого проходит через уплотнение в корпус прибора и приводится во вращение изолированным от воды и давления электромотором с редуктором; при выполнении команды на размыкание шток поворачивается на 90 градусов, упор отходит в сторону от рычага, рычаг опускается и с него соскальзывает строп, соединяющий размыкатель с якорем, давая возможность размыкателю и удерживаемому им подводному изделию всплыть на поверхность моря.

При вращении штока преодолевается сопротивление трения в уплотнении, которое повышается при повышении глубины расположения устройства, а также сопротивление трения, возникающего при скольжении рычага по упору, которое повышается с повышением нагрузки и вследствие обрастания. Отказы в работе данной модели размыкателя происходят, когда энергии не хватает для преодоления вышеуказанных сил сопротивления, величины которых растут при продолжительном нахождении устройства под водой.

Полезная модель решает задачу повышения надежности размыкания (снижения вероятности отказов) за счет конструктивных изменений системы активации и кинематики исполнительного механизма размыкания, не ограничивающих рабочие нагрузки и глубины.

Для получения необходимого технического результата в известном размыкателе для возвращаемых подводных аппаратов, содержащем термоконтейнер, закрепленный при помощи кольцевых держателей на грузонесущей штанге, и включающий средства подачи командного сигнала на размыкание, батарею электропитания и исполнительный механизм размыкания, выполненный с выступающим из термоконтейнера элементом, установленным с возможностью изменения своего положения в одной плоскости и служащим упором в положении удержания рабочей нагрузки для размыкающего элемента, который закреплен на нижней части грузонесущей штанги, предлагается исполнительный механизм размыкания снабдить бистабильным электромагнитным клапаном, связанным через электромагнитное реле со средством подачи командного сигнала на размыкание. Выступающий из термоконтейнера элемент исполнительного механизма размыкания предлагается выполнить в виде плавающего поршня и установить в цилиндрическом вертикально ориентированном и открытом с нижней стороны стакане, который расположить в нижней части термоконтейнера. Закрытый объем между дном стакана и поршнем в его нижнем выступающем положении предлагается герметично соединить с входным штуцером электромагнитного клапана и в период удержания нагрузки при закрытом клапане заполнить жидкостью, а для перетекания жидкости при осуществлении операции размыкания при открытом клапане исполнительный механизм размыкания снабдить расположенной в термоконтейнере приемной камерой, связанной с выходным штуцером электромагнитного клапана, причем приемную камеру предлагается выполнить в виде эластичной трубки с заглушенным концом и спирально уложить вокруг электромагнитного клапана. Кроме того, нижнюю часть грузонесущей штанги предлагается выполнить с вертикальной прорезью под размыкающий элемент, который выполнить в виде пластины с опорным вырезом по нижнему краю и отверстием под серьгу, разнесенными от центра, предохранительным штифтом и скошенным верхним краем, упирающимся в выступающий поршень в положении удержания рабочей нагрузки.

На прилагаемых к описанию схемах изображено:

фиг. 1 - размыкатель для возвращаемых подводных аппаратов, общий вид в сборе в положении удержания рабочей нагрузки;

фиг. 2 - то же, после осуществления операции размыкания;

фиг. 3 - грузонесущая штанга в сборе и размыкающий элемент;

фиг. 4 - термоконтейнер в сборе со схематичным изображением основных компонентов в разрезе;

фиг. 5 - основные компоненты, входящие в термоконтейнер.

На схемах приняты следующие обозначения: 1 - штанга грузонесущая; 2 - кольцевой держатель подвижный; 3, 4, 9 - кольцевые держатели неподвижные; 5 - пластина; 6 - предохранительный штифт; 7 - опорный вырез на пластине; 8 - серьга; 10 - гидрофон; 11 - блок электроники (средства подачи командного сигнала на размыкание и батарея электропитания); 12 - бистабильный электромагнитный клапан; 13 - приемная камера в виде спирально уложенной эластичной трубки; 14 - стакан, заполненный жидкостью (заштрихована); 15 - плавающий поршень; 16 - термоконтейнер; 17 - крышка, в варианте исполнения размыкателя с использованием таймера; 18 - вертикальная прорезь на штанге; h1 - ход поршня; h2 - величина выступания поршня.

Предлагаемая конструкция размыкателя выполнена в виде термоконтейнера 16 цилиндрической формы, закрепленного при помощи неподвижных кольцевых держателей 3, 4, 9 и подвижного кольцевого держателя 2 на грузонесущей штанге 1. Расположение термоконтейнера 16 на грузонесущей штанге 1 в положении удержания рабочей нагрузки показано на фиг. 1. К грузонесущей штанге 1 сверху с помощью скобы крепится удерживаемое под водой изделие (не показано), имеющее положительную плавучесть, создающую нагрузку на размыкатель. Нижняя часть грузонесущей штанги 1 выполнена с вертикальной прорезью 18, в которую вставляется пластина 5, выполненная с отверстием под серьгу 8 для соединения с якорем (не показан). Подвижный кольцевой держатель 2 и неподвижный 4 выполнены с заплечиками сверху и снизу соответственно, которые препятствуют перемещению термоконтейнера вдоль грузонесущей штанги 1, при этом неподвижный кольцевой держатель 4 определяет взаимное положение поршня 15, выступающего из вставленного в нижнюю часть корпуса 16 стакана 14, и пластины 5. Подвижный кольцевой держатель 2, вкладываемый внутрь неподвижного кольцевого держателя 3, опускается до касания с верхней частью термоконтейнера, где расположен гидрофон 10 (фиг. 4) или замещающая его крышка 17 (фиг. 5) при использовании таймера, и закрепляется в таком положении (детали крепления не показаны). Цилиндрический стакан 14 с плавающим поршнем 15 и гидрофон 10 (или крышка 17, замещающая гидрофон при использовании таймера), выполнены с уплотнением по типу поршневого для обеспечения герметизации внутренней полости термоконтейнера 16, где имеется отсек 11 для электроники и батареи электропитания, бистабильный электромагнитный клапан 12, входной штуцер которого имеет стандартное гермосоединение с цилиндрическим стаканом 14, а к выходному штуцеру присоединена приемная камера 13 для жидкости (например, масла), заполняющей полость внутри стакана 14 (на фиг. 4 показана штриховкой) над плавающим поршнем 15, выполненная в виде спирально уложенной вокруг клапана 12 эластичной трубки 13 с заглушенным концом. Бистабильный клапан 12 имеет два устойчивых положения: "Открыто" и "Закрыто". Переключение между ними осуществляется последовательно, подачей короткого импульса на катушку клапана. Для удержания открытого или закрытого положения подавать напряжение на катушку не требуется, что делает электросхему экономичной.

Соленоид бистабильного электромагнитного клапана 12 подключается к электронике через переключатель (не показан), меняющий полярность подаваемого импульса в соответствии с требованием перевода клапана из закрытого состояния в открытое и обратно. Толщина стенок термоконтейнера и герметизирующих деталей выбрана с учетом гидростатического давления на максимальной глубине погружения. Сечение грузонесущей штанги 1 и опорной пластины 5 (размыкающего элемента) выбраны с учетом растягивающей штангу 1 и сжимающей пластину 5 нагрузки. В соответствии с толщиной и высотой пластины 5 выбирается ширина и длина вертикальной прорези 18 в штанге 1. Соотношение длины и ширины пластины 5 выбирается из расчета ограничения силы, прижимающей пластину 5 к выступающей части поршня 15.

Описание работы предлагаемого размыкателя для возвращаемых подводных аппаратов.

Открывают доступ к блоку 11 электроники в термоконтейнере 16, вынув гидрофон 10 (или замещающую его крышку 17), с помощью переключателя (не показан) переводят бистабильный электромагнитный клапан 12 в открытое положение, после чего вытягивают плавающий поршень 15 вручную до его стопорения, наступающего, когда вся жидкость из приемной камеры 13 в виде спиральной трубки переместится в стакан 14, затем повторным переключением переводят клапан 12 в закрытое положение, в котором он находится в положении удержания рабочей нагрузки до поступления команды на размыкание. Закрывают термоконтейнер 16, вернув на штатное место гидрофон 10 или замещающую его крышку 17, крепят термоконтейнер 16 на грузонесущей штанге 1. Вставляют с внутренней стороны кольцевого держателя 9 в вертикальную прорезь 18 в штанге 1 пластину 5 таким образом, чтобы расположенный в нижней части пластины опорный вырез 7 опирался на конец прорези 18, при этом, серьга 8 для крепления стропа от якоря (не показан), продетая в отверстие в пластине 5, должна оказаться внутри нижнего кольцевого держателя 9, а верхний край пластины 5 должен упираться в выступающую часть поршня 15 так, как это показано на фиг. 1. Комбинация пластины и плавающего поршня представляет собой конечное звено исполнительного механизма размыкателя, который срабатывает при втягивании поршня 15 внутрь стакана 14, когда клапан 12 открывается и позволяет жидкости (заштрихована), удерживавшей поршень, перетечь в приемную камеру-трубку 13. Под нагрузкой возникает сила, прижимающая пластину 5 к выступающей части поршня 15, который препятствует ее движению (вращению относительно нижней точки опоры) в диаметральной плоскости. Движению вбок препятствует размещение пластины 5 в прорези 18.

Это делает положение пластины 5 под нагрузкой устойчивым, а до подключения нагрузки выпадению пластины 5 наружу препятствует предохранительный штифт 6. Поршень 15 удерживается в выдвинутом положении на любой глубине все время, пока он опирается на несжимаемую жидкость в стакане 14, которая удерживается в первоначальном объеме уплотнительными кольцами поршня 15 и уплотнительными элементами стандартного клапана 12.

Команда на размыкание, подаваемая по акустическому каналу или формируемая встроенным таймером, преобразуется в электрический импульс, поступающий на соленоид бистабильного клапана 12, переводя его из закрытого в открытое положение, что открывает жидкости путь из полости стакана 14 в приемную камеру (спиральную трубку) 13, объем которой несколько превышает объем перетекающей жидкости. Движение поршня 15 продолжается, пока он не достигнет упора. Ход поршня h1 больше величины выступания поршня h2, что гарантирует выпадение размыкающего элемента - опорной пластины 5, т.е. срабатывание размыкателя. Уплотнительные кольца могут создавать значительное сопротивление движению поршня 15, особенно при продолжительном нахождении под нагрузкой. В зазоре между поршнем и стаканом может возникнуть обрастание, также создающее торможение. Но сила F, давящая на поршень площадью S вследствие гидростатического давления Р, F=S·P, столь велика, что сопротивление движению поршня будет преодолено даже при малых глубинах погружения. По той же причине не может остановить движение поршня сопротивление прохождению жидкости через открытый клапан. Обрастание опорной пластины 5 в прорези 18 штанги 1 также не может быть причиной удержания пластины 5, поскольку имеется возможность регулировать силу, пропорциональную рабочей нагрузке, заставляющую пластину 5 выйти из прорези 18, меняя расстояние между точкой подвеса якоря и опорным вырезом 7 на пластине 5. Кроме того, учитывая простоту цилиндрической формы нижней части размыкателя, ее можно изолировать от внешней среды пленкой, поместив внутрь изолированного объема вещество, препятствующее биологическому обрастанию, например, формалин. При срабатывании размыкателя пленка разорвется.

Сработавший размыкатель, отсоединивший подводное изделие от якоря, всплывает вместе с этим изделием на поверхность и выбирается на судно. При необходимости производится очистка устройства от обрастания и замена батарей электропитания, требующая доступа в термоконтейнер 16 путем снятия гидрофона 10 или заменяющей его крышки 17. Перед закрытием термоконтейнера 16, учитывая, что клапан 12 после срабатывания остается открытым, поршень 15 вручную вытягивается вниз до предела, а клапан 12 с помощью переключателя переводится в закрытое положение. В таком взведенном положении термоконтейнер 16 крепится на штанге 1 для дальнейшего использования.

Размыкатель для возвращаемых подводных аппаратов, содержащий гермоконтейнер, закрепленный при помощи кольцевых держателей на грузонесущей штанге, и включающий средства подачи командного сигнала на размыкание, батарею электропитания и исполнительный механизм размыкания, выполненный с выступающим из гермоконтейнера элементом, установленным с возможностью изменения своего положения в одной плоскости и служащим упором в положении удержания рабочей нагрузки для размыкающего элемента, который закреплен на нижней части грузонесущей штанги, отличающийся тем, что исполнительный механизм размыкания содержит бистабильный электромагнитный клапан, связанный через электромагнитное реле со средством подачи командного сигнала на размыкание, выступающий из гермоконтейнера элемент исполнительного механизма размыкания выполнен в виде плавающего поршня, установленного в цилиндрическом вертикально ориентированном и открытом с нижней стороны стакане, расположенном в нижней части гермоконтейнера, причем закрытый объем между дном стакана и поршнем в его нижнем выступающем положении герметично соединен с входным штуцером электромагнитного клапана и в период удержания нагрузки при закрытом клапане заполнен жидкостью, а для перетекания жидкости при осуществлении операции размыкания при открытом клапане исполнительный механизм размыкания снабжен расположенной в гермоконтейнере приемной камерой, связанной с выходным штуцером электромагнитного клапана, причем приемная камера выполнена в виде эластичной трубки с заглушенным концом и спирально уложена вокруг электромагнитного клапана, кроме того, нижняя часть грузонесущей штанги выполнена с вертикальной прорезью под размыкающий элемент, который выполнен в виде пластины с опорным вырезом по нижнему краю и отверстием под серьгу, разнесенными от центра, предохранительным штифтом и скошенным верхним краем, упирающимся в выступающий поршень в положении удержания рабочей нагрузки.

РИСУНКИ