подводное спуско-подъемное устройство

область техники

изобретение относится к области гидрологии и рыбоводства и может быть использовано в различных акваториях озер, морей и океанов для погружения и подъема носителей научно-исследовательской аппаратуры и оборудования для выращивания морепродуктов в натурных условиях.

предшествующий уровень техники

известны подводные спуско-подъёмные устройства (спу), аналогичного назначения, реализованные в платформах для выращивания морепродуктов, со- держащие корпус, объёмы положительной плавучести, постоянные якоря, связанные при помощи оттяжек с узлами крепления оттяжек.

имеются также гибкие элементы с отрицательной плавучестью, укладывающиеся на дно при заглублении спу и поплавки с оттяжками. длина оттяжек с поплавками сохраняется неизменной. поплавки служат для выборки слабины от- тяжек при заглубленном положении спу /RU, 2105471 ; SU, 1489673/.

при эксплуатации известных устройств происходит заиливание гибких элементов с отрицательной плавучестью и, как следствие этого, необходимость увеличения силы подъема гибких элементов.

известно подводное спу, реализованное в гидрологическом оборудовании для исследования гидроакустических характеристик морей и океанов с помощью горизонтально ориентированной гидроакустической антенны /US, 4215572/.

устройство содержит горизонтально расположенный трос, на котором крепится гидроакустическая антенна, и вертикальные тросы с лебедкой, расположенной на судне. имеются объемы положительной плавучести и грузы отрицательной плавучести, обеспечивающие горизонтальное расположение антенны.

также известно спу, реализованное в стационарных измерительных гидроакустических комплексах /RU, 2200069; RU, 2172272/.

спу содержит корпус с основанием, объемы положительной плавучести, якорь, барабан с желобом, редуктор, оттяжку и автономный дистанционно управ- ляемый размыкатель (аду P).

барабан, в известном спу выполнен неподвижным. привод закреплен внутри барабана, а на оси привода насажено горизонтально ориентированное коромысло, на одном конце которого закреплен опорный ролик, а на другом - серьга

с установленным на нем на горизонтальной оси роликом - укладчиком гибкого кабеля.

при вращении вала привода гибкий кабель сматывается (или наматывается) с барабана, что позволяет бую положительной плавучести, закрепленному на кон- це гибкого кабеля, перемещаться вверх - вниз в натурном водоеме по конической спирали, при этом возникает возможность закручивания гибкого кабеля при его работе.

известно подводное спу принятое за прототип /RU, 2303353, вариант 2/, реализованное в погружной системе для выращивания морепродуктов, содержащее корпус, барабан большого диаметра, барабан малого диаметра, якорь, клюз, оттяжку, канат, частично намотанный на барабан малого диаметра, а также груз, подвешенный на конце каната, второй конец которого закреплен на барабане малого диаметра, при этом оттяжка, пропущенная через клюз, одним концом прикреплена к барабану большого диаметра, а другим - к якорю. в рассматриваемом патенте содержится несколько спу, закрепленных на объекте эксплуатации, но за прототип берется только одно спу, включающее по одному барабану большого и малого диаметров и одну систему кинематической связи.

общим для названных устройств является ограниченная глубина погруже- ния спу.

раскрытие изобретения

в основу настоящего изобретения положена задача создания конструкции подводного спуско— подъемного устройства, обеспечивающего погружение и подъем различного оборудования, с целью увеличения глубины его погружения. поставленная задача достигается за счет того, что в известное подводное

спу, содержащее корпус, барабан большого диаметра, барабан малого диаметра, якорь, клюз, оттяжку, канат, частично намотанный на барабан малого диаметра, а также груз, подвешенный на конце каната, второй конец которого закреплен на барабане малого диаметра, при этом оттяжка, пропущенная через клюз, одним кон- цом прикреплена к барабану большого диаметра, а другим - к якорю, дополнительно содержит обратимый редуктор, быстроходный и тихоходный валы которого выполнены опирающимися на корпус с возможностью вращения в подшипниках,

при этом к быстроходному валу редуктора прикреплен барабан большого диаметра, а к тихоходному - барабан малого диаметра.

целесообразно, чтобы спу дополнительно содержало неподвижный блок, установленный в верхней части корпуса, кинематически связанный посредством каната с барабаном малого диаметра и грузом.

предпочтительно, чтобы спу дополнительно содержало адур, установленный в верхней части корпуса напротив барабана большого диаметра.

целесообразно, чтобы спу' дополнительно содержало по меньшей мере один дополнительный аналогичный барабан большого диаметра, закрепленный на быстроходном валу редуктора, а также одну дополнительную оттяжку, один или несколько направляющих неподвижных блоков, один клюз и один якорь, при этом дополнительная оттяжка, пропущенная через дополнительные клюз и направляющие неподвижные блоки, одним концом прикреплена к барабану большого диаметра, а другим - к дополнительному якорю. при этом предпочтительно, чтобы часть или все барабаны большого диаметра были объединены в один или несколько барабанов, снабженных канавками одинакового диаметра для намотки (смотки) соответствующих оттяжек.

целесообразно, чтобы спу содержало, по крайней мере, один дополнительный барабан малого диаметра, дополнительный канат, дополнительный груз и неподвижный блок, причем дополнительный канат, частично намотанный на барабан малого диаметра, одним концом прикреплен к соответствующему дополнительному грузу, а другим концом прикреплен, через соответствующий неподвижный блок, к соответствующему барабану малого диаметра.

краткое описание чертежей изобретение поясняется чертежами. на фиг.1 представлена конструктивная схема спу; на фиг.2 - пример реализации спу с объектом эксплуатации; на фиг.з - схема, поясняющая принцип работы спу.

лучший вариант осуществления изобретения

спу содержит (фиг.l) корпус 1, обратимый одноступенчатый редуктор 2 с быстроходным и тихоходным валами 3, 4, барабан 5 малого диаметра, расположенный и закрепленный на тихоходном валу 4. крепление редуктора 2 к корпусу 1 осуществляется путем опоры валов 3, 4 на корпус 1 с возможностью вращения

валов 3, 4 в подшипниках (не оцифрованы). имеется также груз 6, по аналогии с прототипом, расположенный в вертикально ориентированном направляющем канале 7 и кинематически связанный посредством каната 8 через неподвижный блок 9 с барабаном 5 малого диаметра. (направляющий канал в спу может от- сутствовать).

в состав спу также входит барабан 10 большого диаметра, имеющий узел 11 крепления конца оттяжки 12, пропущенной через клюз 13. верхний конец оттяжки 12 прикреплен к узлу 11 крепления, а нижний - к якорю 14.

имеются также адур 15 для разблокирования или фиксации, барабана 10 большого диаметра, объемы 16 положительной плавучести, расположенные в верхней части корпуса 1, и балансировочные грузы 17, расположенные в нижней части корпуса 1.

в состав адур 15 входит датчик давления (не показан), настроенный на требуемую глубину погружения. при достижении устройством заданной глубины, срабатывает адур 15 и барабан 10 большого диаметра фиксируется. это приводит к прекращению погружения спу.

быстроходный и тихоходный валы 3, 4 выполнены опирающимися на корпус 1 с возможностью вращения в подшипниках.

конструкция спу позволяет использовать корпус объекта эксплуатации для закрепления на нем элементов спу (фиг.2).

набор и количество составных элементов спу (барабаны, грузы и т.д.) могут быть различными, поэтому остановиться на одном варианте осуществления изобретения, как на лучшем затруднительно, все зависит от области использования спу. спу содержит, по меньшей мере, один дополнительный груз 18, например, расположенный в дополнительном вертикально ориентированном канале 19, дополнительный барабан 20 малого диаметра, дополнительный канат 21 и как минимум один дополнительный неподвижный блок 22 (фиг.l).

барабан 20 малого диаметра закреплен на тихоходном валу 4 обратимого редуктора 2. дополнительный груз 18 кинематически связан через соответствующий неподвижный блок 22 соответствующим канатом 21 с соответствующим барабаном 20 малого диаметра. (на фиг.1 приведен пример только с одним дополни-

тельным грузом).

каждый из вертикально ориентированных направляющих каналов снабжен по аналогии с прототипом ограничителями 23, 24 перемещения грузов 6, 18, расположенных на одном или разных уровнях. ограничитель 24 выполнен с отверстием.

количество остановок объекта на разных глубинах соответствует количеству ограничителей перемещения грузов, устанавливаемых в направляющих каналах на разных уровнях. каждый уровень положения ограничителя соответствует остановке на заданной глубине. спу содержит, по меньшей мере, один дополнительный барабан 25 большого диаметра (фиг.l), оттяжку 26, клюз 27, узел 28 крепления оттяжки 26 и якорь 29.

клюзы иногда целесообразно вынести за пределы спу на периферию объекта эксплуатации. на фиг.2 изображен объект эксплуатации 30 установленный на четырех оттяжках 26, направление которых к клюзам задается направляющими неподвижными блоками (на фиг.2 не оцифрованы). спуско— подъемное устройство на фиг.2 обозначено позицией 31. количество неподвижных блоков определяется геометрической формой объекта эксплуатации.

барабан 25 большого диаметра (фиг. 1) закреплен на быстроходном валу 3 обратимого редуктора 2. один конец оттяжки 26 прикреплен к узлу 28 крепления оттяжки 26, расположенному, например, на цилиндрической поверхности барабана 25 большого диаметра, а другой, пропущенный через клюз 27, прикреплен к якорю 29.

все барабаны больших или малых диаметров целесообразно выполнять ме- нее материалоемкими, например, в виде шкивов (на чертеже не показаны) с канавками для намотки (смотки) соответствующих оттяжек и канатов.

дополнительный груз 18 (фиг.l) выполнен в виде цилиндрического тела с осевым отверстием. в нижнем торце дополнительного груза 18 имеется конусная выборка для сопряжения с специально выполненным опорным ловителем 32, на который опирается дополнительный груз 18. канат 21 пропущен через отверстие дополнительного груза 18 и прикреплен к опорному ловителю 32 с отрицательной плавучестью.

б

спу работает следующим образом.

объект эксплуатации (на чертеже не показан) совместно с спу (условно назовем их погруженной системой (пс)), вывешивается до требуемой плавучести с плавсредства (на чертеже не показано) и устанавливается в заданных точках на- турного водоема на якоря 14, 29 (фиг.l).

перед погружением пс зафиксирована адур и находится в статическом состоянии. для погружения необходимо по дистанционной команде на адур, разблокировать пс и она начнет погружаться, так как действующий момент от грузов 6, 18 через канаты 8, 21 на барабаны 5, 20 малого диаметра больше уравновеши- вающего момента, действующего от силы положительной плавучести пс через оттяжки 12, 26 на барабаны 10, 25 большого диаметра. для всплытии пс на поверхность натурного водоема необходимо создать условие, при котором действующий момент на барабан 10, 25 большого диаметра должен быть больше момента действующего на барабаны 5, 20 малого диаметра. пс, имея положительную плавучесть, находится на поверхности, при этом грузы 6,18 расположены в верхнем положении каналов 7,19 при фиксированном состоянии барабана 10 большого диаметра.

с обслуживающего плавсредства (на чертеже не показано) по радиосигналу или по гидроакустическому каналу на адур 15 подается командный сигнал на Pa- зблокирование барабана 10 большого диаметра.

грузы 6, 18 через соответствующие канаты 8, 21 обеспечивают вращающий момент и малую угловую скорость вращения тихоходному (ведущему) валу 4. на быстроходном (ведомом) валу 3 имеем меньший вращающий момент, но большую угловую скорость вращения вала 3. величина вращающего момента рассчитана таким образом, что при погружении пс обеспечивается наматывание оттяжек 12, 26 на барабаны 10, 25 большого диаметра. при этом преодолеваются выталкивающая сила и гидродинамическое сопротивление пс.

при достижении пс заданной глубины внешнее давление через датчик дав- ления; настроенный на заданную глубину, дает команду на фиксацию барабана 10 большого диаметра. механизм заглубления останавливается и пс под действием положительной плавучести занимает положение на оттяжках 12, 26 на расчетной

глубине, при этом оттяжки находятся в натянутом положении.

для подъема пс на поверхность натурного водоема увеличивают положительную плавучесть одним из известных способов. например, путем сброса по дистанционной команде (гидроакустическому сигналу) балласта (на чертеже не показан) определенного веса. пс обретет дополнительную плавучесть и начнет подниматься. величина вращающего момента, создаваемого на ведущем быстроходном валу 3 редуктора, будет достаточна для наматывания натянутого грузом б каната 8, на барабан 5, малого диаметра. это осуществляется через вращение ведомого тихоходного вала 4 редуктора 2. при этом редуктор работает в обычном режиме.

при достижении поверхности водоема пс останавливается. целесообразно при необходимости остановки пс на заданных глубинах, использовать ограничители 23, 24, установленные в направляющих каналах 7, 19 на разных уровнях (фиг.l). в этом случае процесс погружения и всплытия пс происходит следующим образом.

пс удерживается на поверхности натурного водоема адур 15, который фиксирует барабан 10 большого диаметра.

по команде (по гидроакустическому каналу) барабан 10 разблокируется (освобождается) и пс под действием веса грузов 6, 18 начнет погружаться.

в процессе погружения пс груз 18, дойдя до вышерасположенного ограничителя 24, останавливается. при этом канат 21, сматывается с барабана 20 малого диаметра, а его выборка производится через отверстие в дополнительном грузе 18 опорным ловителем 32 до остановки пс. для подъема пс на поверхность натурного водоема ей увеличивают положительную плавучесть одним из известных способов. например, путем сброса балласта (на чертеже не показан) по команде (гидроакустическому каналу), подаваемой на адур 15. освободившись от балласта, пс приобретает дополнительную положительную плавучесть достаточную для подъема ее к поверхности на- турного водоема. при этом оттяжки 12, 26 будут сматываться под натяжением с барабанов 10, 25 большого диаметра. канаты 8, 21, связанные соответственно с грузами 6, 18, будут наматываться на соответствующие барабаны 5, 20 малых

диаметров до тех пор, пока не начнет подниматься груз 18. при этом вращающие моменты - на барабанах большого и малого диаметров будут равны и пс остановится.

для дальнейшего всплытия пс до поверхности необходимо сбросить бал- ласт, увеличивая положительную плавучесть пс и соответственно вращающий момент барабанов большого диаметра.

спу имеет возможность погружать объекты эксплуатации на заданную глубину с постоянной скоростью. это позволяет использовать спу для измерений различных характеристик среды, например, вертикального разреза гидрологиче- ских параметров натурного водоема.

принцип работы спу наглядно вытекает из схемы, представленной на фиг. 3.

на поверхности спу, имея постоянную положительную плавучесть, удерживается дополнительной плавучестью, например, при помощи емкостей 33, 34 заполненных воздухом (фиг. за слева).

при заполнении емкостей 33, 34 водой (фиг.за) положительная плавучесть спу уменьшится до постоянной положительной величины. постоянная величина плавучести спу обозначена маленькой стрелкой, расположенной посредине над спу. устройство начнет погружаться под действием грузов 6, 18. при этом одно- временно выбираются соответствующие оттяжки 12, 26 и наматываются на барабаны 10, 25.

дойдя до ограничителя 24 (фиг.зб), груз 18 прекратит свое перемещение, а груз 6 продолжит опускаться до ограничителя 23, при этом опорный ловитель 32, имея отрицательную плавучесть, будет опускаться и выбирать канат 21 до тех пор пока не остановится груз 6.

в таком состоянии спу остановится, при этом оттяжки 12, 26 останутся натянутыми под действием постоянной положительной плавучести спу.

подъем спу поэтапно показан на (фиг. 3 в, б, а, справа). для подъема спу на поверхность натурного водоема увеличивают положи- тельную плавучесть спу одним из известных способов, например, путем заполнения емкости 33 воздухом по команде (гидроакустическому сигналу). при этом спу увеличит положительную плавучесть. спу начнет подниматься (фиг. зв).

это приведет к сматыванию с барабанов 10, 25 оттяжек 12, 26 я включению в работу редуктора 2. при этом вращение вала 3 обеспечит вращение тихоходного вала 4 и подъем в направляющих каналах груза 6 и опорного ловителя 32 до состояния, при котором опорный ловитель 32 упрется в груз 18 (фиг. 36). в таком состоянии спу остановится, и будет находиться в этом положении до тех пор, пока по дистанционной команде не будет заполнена воздухом емкость 34 (фиг. 36).

суммарная положительная плавучесть спу возрастет. при этом оттяжки 12, 26 будут сматываться с барабанов 10, 25 большого диаметра, а грузы б, 18 по направляющим каналам 7, 19 подниматься. спу поднимется на поверхность, при этом грузы 6, 18 остановятся, и будут висеть на канатах с зазором, обеспечивая резерв дополнительного подъема спу.

на фиг. 3 стрелками условно показано наличие (изменение) у спу положительной плавучести на различных этапах ее погружения и подъема. как видно из фиг. 3 на всех этапах погружения и подъема у спу имеется положительная плавучесть.

таким образом, применение в спу обратимого редуктора с требуемым передаточным отношением между быстроходным и тихоходным валами позволяет обеспечить глубоководное погружение спу и уменьшить его габариты. промышленная применимость

данное изобретение может быть использовано в гидрологии, рыбоводстве и в других хозяйственных отраслях.

конструкция элементов подводного спуско-подъемного устройства, входящих в совокупность существенных признаков изобретения, может быть без тру- да реализована в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий.