Устройство для циклического погружения и всплытия морского буя - RU2701293C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к морской технике и может быть использовано в станциях для проведения комплексных наблюдений за динамикой водной среды, ее химико-биологического контроля.

Изобретение относится к способам устройства буя для циклического всплытия и погружения в условиях морской воды на различные глубины, рассчитанное на несколько циклов в автономном режиме.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении возможности зондировать водную среду практически на любую глубину и упрощает конструкцию системы с обеспечением ее живучести.

Наиболее близкими к данному изобретению являются патенты: 2297939, 2096247, 2090431, 2025395, 2006419, 2297939, 2406640. Последний патент наиболее близкий к заявленному принимается за прототип и представляет циклическую автономную гидрофизическую станцию вертикального профилирования содержит измерительный модуль, донную лебедку, донный блок и пассивный измерительный модуль. Измерительный модуль и пассивный измерительный модуль имеют положительную плавучесть. Измерительный модуль соединен при помощи троса с пассивным измерительным модулем, причем трос проходит через обводной барабан лебедки и донный блок. Измерительный модуль включает в себя управляющий процессор, измерительные датчики, УКВ или спутниковый радиомодем, гидроакустическую систему связи с лебедкой. Достигается возможность одновременного проведения измерений на разных глубинах, а также уменьшение энергозатрат на перемещение измерительного модуля в слоях водной среды.

Недостатками всех цитируемых патентов является наличие лебедки, барабана, донного блока и необходимых при этом тросов, а в некоторых случаях наличие внешних емкостей, которые осуществляют всплытие и погружение как на подводных лодках.

В предлагаемой нами конструкции буя все это отсутствует. Положительная и отрицательная циклическая плавучесть буя обеспечивается за счет электролиза морской воды. При погружении буя морская вода заполняет балластные емкости 2 и 4 через сквозные отверстия 9, выполненные в донных частях внешней и внутренней электролизных камер по всему периметру, и по команде от блока управления 6, где также находятся датчики глубины, открываются верхние заливные и выпускные отверстия, снабженные клапанами с приводами 1. Верхние клапаны 1 представляют собой электромагнитные клапаны, для открытия и закрытия которых подается электрический импульс через блок управления 6, запитываемый также от аккумуляторной электрической батареи 7. Батарея 7 осуществляет электролиз морской воды через катод 3 с выделением водорода во внутреннюю цилиндрическую электролизную камеру 2, которая одновременно и является внутренней балластной емкостью и через анод 5 с выделением кислорода в кольцевую электролизную камеру 4, которая тоже является балластной емкостью. Эти электролизные камеры сделаны раздельно во избежании смешения водорода с кислородом и взрыва этой смеси (гремучий газ) от случайной искры. В результате электролиза в основном выделяется водород и кислород, которые вытесняют морскую воду из автономных балластных емкостей после погружения на заданную глубину, которую отслеживает датчик глубины, расположенный в блоке управления 6. На заданной глубине верхние клапаны по команде от блока управления 6 закрываются и одновременно от того же блока управления подается сигнал на подачу напряжения от аккумуляторной батареи 7 на анод 5 и катод 3. После этого начинается электролиз морской воды и обебалластные емкости заполняются соответствующими газами, которые вытесняют не прореагированную воду через нижние сквозные отверстия 9. При этом возникает положительная плавучесть буя, и он всплывает на поверхность. Далее опять по команде с блока управления 6 открываются электромагнитные верхние клапаны 1, выпускается водород и кислород из балластных емкостей 2 и 4, и они заполняются водой через открытые клапаны 1 и сквозные отверстия 9, возникает отрицательная плавучесть и буй погружается на заданную глубину по датчику глубины в блоке управления 6.

Блок управления может работать автономно, т.е. датчик глубины показывает наружное давление 1 атм, и от него идет импульс на открытие электроклапанов 1, т.е. на выпуск газов из полостей и соответственно на заполнение полостей буя водой, после чего он идет на погружение до заданной глубины по датчику давления. При достижении заданной глубины датчик давления дает команду на закрытие верхних клапанов и на подачу тока на процесс электролиза, т.е. на выработку водорода и кислорода.

Блок управления также может быть запрограммирован и с помощью реле времени и команды на открытие или закрытия верхних клапанов и включения процесса электролиза могут осуществляться через запрограммированное реле времени.

Блок управления может также работать по командам с надводного или подводного командного пункта.

Заявленное устройство представлено на чертежах.

Фиг. 1 - конструкции буя.

Фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства.

В предлагаемой конструкции электролизу подвержена морская вода в двух внутренних полостях буя 2 и 4. Во внутренней цилиндрической балластной емкости 2 расположен катод 3 в виде цилиндрического диска изактивированного алюминия - непременно для большей эффективности электролиза он должен быть расположен в нижней части балластной емкости (колокола) 2. На катоде 3 выделяется водород.

Кольцевая балластная емкость 4 - это полость выделения кислорода на аноде 5. Анодом является кольцевой анод прямоугольного сечения 5, поверхность которого образована не вращением круга вокруг центральной оси, как у тора, а вращением квадрата.. Две полости сделаны автономно для отделения водорода от кислорода в целях предотвращения образования гремучего газа. Кроме того, у водорода и кислорода растворимость в воде отличается в несколько раз. Кислород растворяется в воде лучше, чем водород.

Материалом буя может служить алюминиевый сплав, не подверженный коррозии в морской воде, нержавеющая сталь и даже пластик, не подверженный разрушению в морской воде.

Соединение двух полостей происходит только напротив катода и анода в виде щелевых окон в нижней части буя. Для лучшей циркуляции электролита в районе расположения боковых поверхностей анода и катода сделаны щелевые отверстия 8 по кольцу, при этом расстояние между катодом и анодом устанавливается в пределах 20-40 мм в зависимости от солености морской воды, напряжения на клеммах применяемой аккумуляторной батареи и временного цикла на всплытие буя.

Для осуществления электролиза в нижней части внутри буя установлен аккумулятор тока 5, который включается от датчика давления в блоке управления 6 при достижении нужной глубины.

Верхняя и нижняя часть буя выполнена в виде полусфер для лучшего обтекания водой при всплытии и погружении. На схеме рис. 1 показано схематично только устройство буя, но не его внешний вид.

Устройство работает следующим образом.

При погружении в воду в начале работы буй обладает небольшой положительной плавучестью так, чтобы наповерхности была видна лишь небольшая верхняя часть буя с клапанами сброса и закрытия 1. По команде от датчика давления открываются клапаны сброса 1 и все полости буя заполняются морской водой, буй теряет положительную плавучесть и погружается на нужную глубину, которую отслеживает датчик давления по глубине 6.

Верхние клапаны закрываются, а нижние сквозные отверстия 9 всегда остаются открытыми. Нижние отверстия конструктивно располагаются ниже катода и анода.

По датчику давления закрываются верхние электромагнитные клапаны 1 от тока аккумуляторной батареи и одновременно подается напряжение на электроды, после чего начинает выделяться водород и кислород, которые вытесняют не прореагировавшую морскую воду через нижние отверстия сброса 9 в окружающую среду. Верхние клапаны 1 в этот момент закрыты. Вытеснение воды из полостей буя происходит вследствие скапливания в верхней части балластных емкостей 2 и 4 кислорода и водорода, которые своим давлением, немного превосходящим давление окружающей среды, например 0,1-0,2 атм выдавливают воду через нижние отверстия 9, после чего буй приобретает положительную плавучесть и поднимается к поверхности.

Для дальнейшего погружения буя открываются по команде датчика давления 6 верхние стравливающие клапаны 1 и водород уходит в атмосферу и через нижние сквозные отверстия 9 и открытые верхние клапаны 1 буй заполняется водой и идет на погружение. Таким образом происходит циклическое погружение и всплытие морского буя.

Реферат

Изобретение относится к морской технике и может быть использовано в станциях для проведения комплексных наблюдений за динамикой водной среды, ее химико-биологического контроля. Устройство для циклического погружения и всплытия морского буя содержит балластную емкость, источник электропитания - аккумуляторную батарею и блок управления и измерения. Циклическое всплытие и погружение осуществляется за счет циклического электролиза морской воды, которая разлагается на водород и кислород, которые заполняют продуктами электролиза при включенном электролизе свои автономные балластные емкости газом. Для эффективности и безопасности процесса раздельно в нижних частях балластных емкостей размещены плоский катод в виде сплошного цилиндра и анод в виде тора прямоугольного сечения при помощи вытеснения через нижние отверстия морской воды, которая не участвует в электролизе при закрытых верхних клапанах, создавая положительную плавучесть за счет продуктов электролиза морской воды водорода и кислорода для подъема на поверхность. Для погружения при отключенном электролизе используются в открытом положении верхние клапаны и нижние отверстия для заполнения всех полостей морской водой. Достигается зондирование водной среды практически на любую глубину и упрощение конструкции системы с обеспечением ее живучести. 2 ил.

Формула