УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАХВАТА И ПОДЪЁМА ЗАИЛЕННЫХ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR GRIPPING AND LIFTING OF SILT-COVERED UNDERWATER OBJECTS

Изобретение относится к судостроению, а более конкретно к области проведения подводно-технических и поисково-спасательных работ, связанных с подъемом и перемещением подводных природных или затонувших искусственных объектов произвольной формы, включая заиленные.
Известно устройство захвата и подъема затонувшего объекта, описанное в патенте «Способ выполнения подводных подъемно-транспортных операций и устройства для его осуществления» [1]. Указанное устройство содержит горизонтальную секцию и пристыкованные к ней вертикальные секции, на нижних частях которых предусмотрены подвижные опорные консоли. Последние установлены в направляющих попарно с двух сторон с возможностью выдвижения внутрь подъемно-транспортного устройства в плоскостях, расположенных под углом 50-80° к диаметральной плоскости подъемно-транспортного устройства с возможностью образования опорной призмы для поднимаемого объекта при выдвинутом положении этих консолей. При этом на вводимых под поднимаемый объект кромках опорных консолей выполнены форсунки для подачи воды под давлением для размыва грунта.
Недостатком известного устройства для выполнения подводных подъемно-транспортных операций является громоздкость вертикальных секций и опорных консолей в сочетании с направляющими и гидроцилиндрами. Кроме того известное захватное устройство не предназначено для подъема сильно заиленных малогабаритных объектов любой формы и не может быть эффективно использовано в таких условиях.
Известна система аварийного всплытия подводных аппаратов «Малахит-1» [2], включающая цистерны главного балласта, газогенераторы с зарядом твердого топлива, устройство воспламенения, сопловой блок, разрывную диафрагму для герметизации камеры сгорания и газоходные трубопроводы с ловушками разрывных диафрагм. Указанная система обеспечивает аварийное всплытие подводного аппарата путем продувания цистерн главного балласта парогазовой смесью продуктов сгорания твердого топлива и водяного пара с дискретным выбором расходуемого запаса топлива в зависимости от глубины погружения.
Достоинством известной система аварийного всплытия подводных аппаратов является использование прогрессивного источника рабочего тела в виде твердотопливных газогенераторов. Однако ее естественным недостатком представляется отсутствие захватного устройства ввиду того, что она не предназначена для захвата подводных объектов.
Известно устройство для захвата заиленных подводных объектов, описанное в патенте «Захватное устройство для заиленных подводных объектов и способ его использования при осуществлении подъема» [3]. Указанное устройство, взятое за прототип, содержит горизонтальную и вертикальные секции в виде установленных по кругу вертикальных трубчатых стержней с подвижными опорными консолями. Последние скреплены с грузовыми тросами, проходящими внутри трубчатых стержней и скрепленными с выступающим штоком силового гидроцилиндра. На штоке предусмотрен грузовой рым, скрепленный с корпусом силового гидроцилиндра посредством петли из троса, продетого через предусмотренные совмещенные сквозные отверстия в штоке и корпусе силового гидроцилиндра. При этом на горизонтальной секции установлены площадочный вибратор и не менее трех балластных емкостей, в верхней части которых предусмотрены впускные вентили. В процессе использования захватного устройства после наведения на поднимаемый объект происходит его заглубление за счет небольшой отрицательной плавучести и в результате действия площадного вибратора. Уменьшение перекосов обеспечивают за счет заполнения находящейся на большей высоте балластной емкости. При достаточном заглублении устройства при помощи троса обеспечивающего судна, путем воздействия на поршень силового гидроцилиндра срезают петлю из троса и выбирают внутренние грузовые стропы до достижения охвата поднимаемого объекта и осуществляют подъем.
Недостатком известного устройства является его неавтономность, так как для осуществления подъема необходимо использовать подъемный трос обеспечивающего судна. Этот недостаток особенно ощутим при работах на больших глубинах, когда масса подъемного троса может оказаться больше массы поднимаемого объекта.
Ставилась задача обеспечения захвата и подъема подводных заиленных объектов путем разработки устройства, обеспечивающего реализацию непрерывной последовательности этих операций в результате функционирования единственного твердотопливного газогенератора.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем горизонтальную секцию, балластные емкости, силовой гидроцилиндр и вертикальные секции в виде трубчатых вертикальных стержней, через которые проложены грузовые тросы, нижние концы которых скреплены с подвижными опорными консолями, а верхние концы скреплены с поршнем силового гидроцилиндра, на горизонтальной секции под балластными емкостями установлена герметично закрывающая силовой гидроцилиндр балластная цистерна, а вертикальные трубчатые стержни стянуты скрепленной с горизонтальной секцией цилиндрической оболочкой с образованием открытой снизу емкости, сообщенной с балластной цистерной посредством предусмотренных отверстий в горизонтальной секции, при этом поршень силового гидроцилиндра, имеющий кольцевую проточку с герметизирующим кольцом, выполнен пустотелым и на его внешней стороне предусмотрена насечка со скошенными зубьями по типу храповой рейки, а с внутренней стороны поршень сообщен с установленным сверху корпусом газогенератора, причем общее пространство газогенератора и пустотелого поршня заполнено способным гореть без доступа воздуха твердым газообразующим составом с электровоспламенителем, при этом в средней части корпуса гидроцилиндра предусмотрены боковые отверстия, а с его внешней стороны установлены взаимодействующие со скошенными зубьям поршня подпружиненные стопоры..
В частном случае, внутренний диаметр газогенератора может быть выполнен больше внутреннего диаметра пустотелого поршня.
Установление на горизонтальной секции под воздушными ящиками герметично закрывающих силовой гидроцилиндр балластной цистерны в сочетании с наличием трубчатых вертикальных стержней, стянутых скрепленной с горизонтальной секцией цилиндрической оболочкой с образованием открытой снизу емкости, сообщенной с балластной цистерной посредством отверстий в горизонтальной секции обеспечивает возможность за счет вытеснения воды продуктами горения создавать необходимое подъемное усилие с одновременным преодолением отрывного сопротивления.
Выполнение на внешней стороне поршня насечки со скошенными зубьями по типу храповой рейки в сочетании с тем, что на гидроцилиндре установлены взаимодействующие со скошенными зубьями подпружиненные стопоры исключают возможность обратного движение тросов, т.е. позволяет зафиксировать захват поднимаемого объекта.
Выполнение поршня пустотелым, сообщенным с установленным сверху корпусом газогенератора с заполнением общего пространства газогенератора и пустотелого поршня способным гореть без доступа воздуха твердым газообразующим составом с электровоспламенителем в сочетании с тем, что в средней части корпуса гидроцилиндра предусмотрены боковые отверстия, позволяет осуществлять работу газообразующей системы в двух последовательных режимах: на первом режиме происходит горение топлива в замкнутом объеме при повышенном давлении, обеспечивающим натяжение грузовых тросов, а на втором режиме обеспечивается вытеснение воды из балластной цистерны, причем горение происходит при давлении, близком к гидростатическому.
В частном случае выполнения внутреннего диаметра газогенератора больше внутреннего диаметра пустотелого поршня позволяет более рационально распределить твердый газообразующий состав, в частности, при обеспечении компактности гидроцилиндра уменьшить общую длину газообразующей системы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид в разрезе заявляемого устройства; на фиг. 2 изображена часть сечения А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображено сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 представлен общий вид заявляемого устройства в положении полного захвата поднимаемого объекта и частичного вытеснения воды из балластной цистерны.
Предлагаемое устройство для захвата и подъема заиленных подводных объектов согласно изобретению (фиг. 1) содержит горизонтальную секцию 1, выполненную в виде жесткой плиты, на которой установлена герметичная оболочка, образующая балластную цистерну 2 с впускным вентилем 3. Сверху по периферии балластной цистерны 2 установлены не менее трех дифферентовочных балластных емкостей 4 (выполняющих также функцию воздушных ящиков для частичной компенсации отрицательной плавучести) с впускными вентилями 5.
К нижней части горизонтальной секции 1 прикреплены вертикальные трубчатые стержни 6, через которые проложены грузовые тросы 7. Нижние концы грузовых тросов 7 скреплены с подвижными опорными консолями 8, которые в начальном положении зафиксированы при помощи штыря 9, связанного тросиком 10 с грузовым тросом 7. Верхние концы грузовых тросов 7 скреплены с поршнем 11 силового гидроцилиндра 12, установленного на горизонтальной секции 1 внутри балластной цистерны 2. Вертикальные трубчатые стержни 6 стянуты скрепленной с горизонтальной секцией 1 цилиндрической оболочкой 13 (фиг. 1, 2) с образованием открытой снизу емкости, сообщенной с балластной цистерной 2 посредством отверстий 14 в горизонтальной секции 1.
Поршень 11 силового гидроцилиндра 12, имеющий кольцевую проточку с герметизирующим кольцом 15, выполнен пустотелым и на его внешней стороне предусмотрена насечка со скошенными зубьями по типу храповой рейки, а с внутренней стороны поршень сообщен с установленным сверху корпусом газогенератора 16. При этом общее пространство газогенератора 16 и пустотелого поршня 11 заполнено способным гореть без доступа воздуха твердым газообразующим составом 17 типа ракетного топлива с электровоспламенителем 18.
В средней части корпуса гидроцилиндра 12 предусмотрены боковые отверстия 19, а с его внешней стороны установлены взаимодействующие со скошенными зубьями поршня 11 подпружиненные стопоры 20 (фиг. 1, 3). В центральной части горизонтальной секции 1 может быть установлен площадочный вибратор 21.
Подъемное устройство связано с обеспечивающим судном или необитаемым подводным аппаратом через электрический кабель с подводящими проводами (на фигурах не показаны) для электровоспламенителя 18 и площадочного вибратора 21.
При использовании заявленного устройства его позиционируют над поднимаемым объектом 22 и затем опускают на поверхность илистого грунта (на фиг. 4 изображен наименее удобный для захвата объект 22 шаровидной формы). Начальное заглубление вертикальных стержней 6 с однонаправленными опорными консолями 8 в ил происходит за счет предусмотренной небольшой отрицательной плавучести заявленного устройства. Для устранения возможных перекосов на отстающих участках увеличивают отрицательную плавучесть путем впуска забортной воды в расположенные над ними балластные емкости 4. Для увеличения скорости заглубления может быть включен площадочный вибратор 21.
После внедрения заявленного устройства в ил на достаточную глубину дальнейшее его функционирование обеспечивают следующим образом. С обеспечивающего судна или необитаемого подводного аппарата подают напряжение на электровоспламенитель 18. Это приводит к зажиганию твердого газообразующего состава 17 и последующему выделению газов при распространении фронта горения параллельными слоями. Вследствие этого давления внутри силового гидроцилиндра 12 повышается. В результате начинается движение поршня 11 и, соответственно, натяжение грузовых тросов 7. При этом тросики 10 вытягивают штыри 9 из гнезд опорных консолей 8, которые в результате этого поворачиваются в сторону поднимаемого объекта 22.
Работа газогенератора 16 продолжается до достижения полного охвата опорными консолями 8 нижней части поднимаемого объекта 22. При этом подпружиненные стопоры 20 через небольшие промежутки времени движения, определяемого временем прохождения очередного скошенного зуба, обеспечивает удержание храпового поршня 11 на достигнутом уровне.
При достижении положения опорных консолей 8 близкого к горизонтальному нижний торец поршня 11 входит в зону боковых отверстий 19 в силовом гидроцилиндре 12, через которые начинают истекать продукты горения твердого газообразующего состав 17 (на фиг. 4 показаны стрелками). Истекающие через отверстия 19 газы барботируют через слой воды в балластной цистерне 2, скапливаясь в ее верхней части (фиг. 4). При этом вытесняемая из балластной цистерны 2 вода через отверстия 14 в горизонтальной секции 1 поступает в пространство, образованное цилиндрической оболочкой 13 и оказывает давление на находящейся в ней илистый грунт. Вследствие этого заявляемое устройство будет двигаться вверх до тех пор, пока илистая пробка грунта будет играть роль «поршня». Другими словами, преодоление отрывного сопротивления начинается сразу же при начале вытеснения воды из балластной цистерны 2.
Переход от стадии преодоления отрывного сопротивления к стадии всплытия происходит автоматически за счет продолжающегося горения твердого газообразующего состава 17 в корпусе газогенератора 16 и, обусловленного этим, вытеснения воды из балластной цистерны 2 до ее полного осушения. В результате действия возникшей силы Архимеда происходит всплытие заявляемого устройства вместе с захваченным подводным объектом.
Обслуживание предлагаемого устройства может осуществляться водолазом, а при использовании на больших глубинах возможно применение необитаемого подводного аппарата.
Предлагаемое изобретение позволит повысить эффективность подводно-технических работ при подъеме сильно заиленных подводных объектов любой конфигурации. Устройство может быть использовано при подъеме различных подводных объектов: обломков разбившегося самолета или вертолета, аварийных подводных аппаратов, затонувших учебных торпед и мин, подводных памятников древности и т.п.
Источники информации
1. Пат. 2238876 РФ, МПК В63С 7/06. Способ выполнения подводных подъемно-транспортных операций и устройства для его осуществления / О.И. Ефимов, Заявл. 11.03.2001; Опубл. 27.10.2004.
2.. Пат. 2134212 РФ, МПК B63G 8/22, В63С 7/06. Система аварийного всплытия подводных аппаратов «Малахит-1», устройство продувания цистерн главного балласта при аварийном всплытии и способ аварийного всплытия / В.А. Сироткин, А.А. Тюриков, Н.И. Хоменко, Ю.А. Захаров. Заявл. 25.08.1998; Опубл. 10.08.1998.
3. Пат. 2630040 РФ, МПК В63С 7/20, 7/06, 7/04. Захватное устройство для заиленных подводных объектов и способ его использования при осуществлении подъема / В.Д. Барсуков, С.В. Голдаев, Н.П. Минькова, Заявл. 21.06.2016; Опубл. 05.09.2017; Бюл. №25.