Устройство для электрической связи между внешним абонентом и персоналом подводного объекта (варианты)
DEVICE FOR ELECTRICAL COMMUNICATION BETWEEN EXTERNAL SUBSCRIBER AND PERSONNEL OF UNDERWATER FACILITY (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к области электросвязи, а именно, к герметичным устройствам, используемым на внешней стороне подводного объекта (например, подводной лодки) для обмена речевыми сообщениями внешнего абонента с персоналом подводного объекта по электрическому кабелю в симплексном режиме.
Широко известен способ обмена информацией между персоналом аварийной подводной лодки и водолазом, который осуществлялся и осуществляется путем перестукивания и отличается очень низкой скоростью обмена информацией и сложными правилами формирования сообщений, как правило, по специальным таблицам.
Более полным решением проблемы стало «Устройство для аварийной связи водолаза с подводной лодкой» по патенту РФ №2209151, Кл В63С 11/26, B63G 8/40, 2002 г., использующее штатный перископ как часть тракта связи. Недостатком этого устройства является относительная сложность самого устройства и трудности использования.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является «Электроакустический преобразователь» по патенту РФ №2265968(13) Н04R 1/00, 2004 г. Указанное устройство состоит из двух блоков: стационарного и съемного. Стационарный блок закреплен на внешней стороне подводного объекта. Исполнение блока герметичное. Он рассчитан на длительное пребывание в подводном положении под воздействием высокого гидростатического давления. Стационарный блок содержит одну часть индукционного разъема, магниточувствительный геркон и кабель, проходящий внутрь подводного объекта и соединяющий индукционный разъем и геркон с сетью громкоговорящей связи (ГГС) подводного объекта. Съемный блок устройства содержит обратимый громкоговоритель, соединенный с другой частью индукционного разъема, и тангенту выбора режима работы «прием - передача», содержащую постоянный магнит и возвратную пружину. Для использования устройства по назначению съемный блок подключают к стационарному в надводном положении объекта и закрепляют на нем с помощью механических и пружинных фиксаторов. В сочлененном состоянии указанных блоков устройство образует речевой тракт, содержащий обратимый громкоговоритель, две части индукционного разъема, провода кабеля и цепь управления выбором направления передачи речевых сигналов, содержащую тангенту с постоянным магнитом, геркон и провода кабеля. Использование устройства по назначению возможно только в сочлененном положении съемного и стационарного блоков.
Конструкция ближайшего аналога имеет следующие недостатки:
- необходимость непосредственного контакта стационарной и съемной частей во время работы ограничивает свободу перемещения внешнего абонента относительно стационарного блока объекта;
- отсутствует возможность выбора наиболее удобного места для наблюдения за акваторией, что снижает оперативность и эффективность его работы;
- отсутствует возможность связи внешнего абонента, находящегося на причале или берегу, с персоналом подводного объекта:
- возможность сбоев в работе цепи управления из-за изменений магнитных характеристик геркона стационарного герметичного блока и постоянного магнита тангенты съемного блока, вызываемых климатическими и механическими внешними воздействиями;
- существует проблема связи внешнего абонента, например, водолаза, или оператора спасательного судна или подводной лодки, участвующей в спасательных работах, с персоналом подводного объекта в аварийном или плановом подводном положении подводного объекта, которая не может быть решена аналогами.
Перечисленные недостатки ближайшего аналога и проблемы эксплуатации подводных объектов решает предлагаемое устройство, состоящее из трех блоков, а именно:
- герметичного стационарного блока, жестко закрепленного на поверхности подводного объекта и подключенного кабелем к его сети ГГС;
- герметичного съемного блока сопряжения, содержащего электромагнит и часть индукционного разъема;
- блока связи внешнего абонента.
Блок связи может быть размещен на палубе подводного объекта, или на причале, или на берегу в надводном положении объекта, или на спасательном судне, или в скафандре водолаза в подводном положении объекта и он не будет жестко привязан к месту размещения стационарного блока. Кроме того, в качестве блока связи может быть использовано оборудование подводной лодки, участвующей в спасательных работах по оказанию помощи аварийному подводному объекту и подключаемое к нему кабелем, оснащенным блоками сопряжения. Подключение кабеля к аварийной и спасающей подводным лодкам производит либо водолаз, либо робот-манипулятор.
Предлагаемое устройство может быть реализовано в нескольких вариантах для использования в конкретных условиях эксплуатации.
Раскрытие сущности изобретения.
Предлагаемое устройство для связи с персоналом подводного объекта содержит симплексный проводной речевой тракт и цепь выбора направления передачи по инициативе внешнего абонента. В состав речевого тракта входит герметичный индукционный разъем, который может быть сочленен или расчленен как в надводном, так и в подводном положениях, кабели и электроакустические преобразователи. Цепь управления содержит источник постоянного тока, тангенту «нажать при передаче», электромагнит и управляемый им геркон. Указанные тракт и цепь используют общий кабель между блоком связи и блоком сопряжения. Введение электромагнита позволило дистанционно разнести блок связи внешнего абонента и блок сопряжения, что сняло ограничение на свободу перемещения внешнего абонента на палубе подводного объекта в надводном его положении, а также позволяет при необходимости установить блок связи на причале или берегу. Такое решение позволило устанавливать блок связи внешнего абонента на спасательном судне или под скафандром водолаза при связи с персоналом аварийного подводного объекта в подводном положении, а также использовать спасающую подводную лодку в качестве внешнего абонента.
Во всех рассмотренных вариантах блок связи внешнего абонента соединяют с блоком сопряжения кабелем необходимой длины.
Краткое описание чертежей
Ниже для примера приведены наиболее возможные варианты применения устройства, поясняемые чертежами, на которых:
- фиг. 1 иллюстрирует основную структуру устройства по варианту 1, предназначенную для применения на небольших расстояниях между блоком связи и блоком сопряжения;
- фиг. 2 иллюстрирует структуру устройства по варианту 2, предназначенную для применения на больших расстояниях между блоком связи и блоком сопряжения, причем блок сопряжения может располагаться, в зависимости от положения подводного объекта, как в надводном, так и в подводном положении;
- фиг. 3 иллюстрирует возможность применения устройства для связи персонала аварийного подводного объекта с другим подводным объектом, например, спасающей подводной лодкой (СПЛ) по варианту 3, участвующим в спасательных работах, причем на аварийном объекте использован один стационарный блок, а на СПЛ два стационарных блока, которые соединены между собой кабелями, оснащенными блоками сопряжения;
- фиг. 4 иллюстрирует возможность применения устройства для связи персонала аварийного подводного объекта с другим подводным объектом, например, спасающей подводной лодкой (СПЛ) по варианту 4, причем на аварийном объекте использован один стационарный блок, содержащий первую часть индукционного разъема, а на СПЛ один стационарный блок, содержащий первые части двух индукционных разъемов. Стационарные блоки соединены между собой кабелем, оснащенным блоками сопряжения.
Осуществление изобретения
Устройство для электрической связи между внешним абонентом и персоналом подводного объекта, отличающееся возможностью перемещения оборудования внешнего абонента относительно стационарного блока подводного объекта выполнено с использованием конструктивных и схемных решений, реализующих существенные признаки изобретения.
В общем случае устройство содержит герметичный стационарный блок, изначально установленный и жестко закрепленный на внешней поверхности подводного объекта, механически сочленяемый с ним герметичный блок сопряжения и блок связи внешнего абонента, который двух- или четырехпроводным кабелем необходимой длины соединен с блоком сопряжения.
В исходном состоянии оборудование внешнего абонента находится внутри объекта, а стационарный блок, независимо от нахождения над водой или под водой, пребывает в состоянии готовности к подключению оборудования внешнего абонента. Подготовка устройства к использованию по назначению состоит в сочленении блока сопряжения оборудования внешнего абонента со стационарным блоком объекта. Сочленение выполняют либо оператор объекта (в надводном положении), либо водолаз (в подводном положении объекта), либо робот - манипулятор (на глубинах недоступных для водолаза).
Функцию внешнего абонента в частных случаях эксплуатации могут выполнять:
- оператор подводного объекта, находящийся на верхней палубе объекта (причале, берегу);
- водолаз спасательного судна или оператор этого судна;
- оператор спасающей подводной лодки (СПЛ).
Возможность дистанционного управления направлением передачи речевых сообщений экспериментально проверена на макете устройства. В цепи управления макета использованы магнитные элементы (электромагнит и геркон), разделенные немагнитным зазором, образованным соприкасающимися герметичными стенками сочленяемых блоков. Взаимная ориентация блоков и их взаимная фиксация осуществлены механическими и пружинными элементами.
В зависимости от особенностей оборудования внешнего абонента предлагаемое устройство может быть осуществлено в различных вариантах. Для примера ниже приведено подробное описание возможных вариантов осуществления, что не исключает существование других вариантов, осуществленных с использованием признаков изобретения.
Вариант 1.
Устройство электросвязи, по п. 1 формулы, содержит съемный блок (1) и стационарный блок (2), установленный и жестко закрепленный на внешней поверхности подводного объекта и подключенный к сети ГГС объекта (3) кабелем (4). Съемный блок (1) содержит блок связи (5) внешнего абонента и блок сопряжения (6), которые соединены электрически между собой кабелем (7). Стационарный блок (2), содержит первую часть индукционного разъема (8) и магниточувствительный элемент (геркон 9). Блок сопряжения (6) содержит вторую часть индукционного разъема (10), электромагнит (11). Блок связи (5) внешнего абонента содержит обратимый громкоговоритель (12), контакты тангенты (13) и источник постоянного тока (14).
Прочный корпус подводного объекта (3), стационарный блок (2) и блок сопряжения (6) имеют сальники (15, 16 и 17) для герметизации ввода кабелей (4) и (7).
Для установления речевой связи между внешним абонентом и персоналом объекта (3) механически сочленяют блок сопряжения (6) со стационарным блоком (2). При этом образуются речевой тракт устройства и цепь управления выбором режима работы речевого тракта «прием-передача». Блок связи (5) размещают в удобном для работы абонента месте, используя длину кабеля (7).
Использование устройства по назначению осуществляет внешний абонент через блок связи (5). При необходимости передать сообщение персоналу объекта (3) внешний абонент нажимает тангенту (13) и удерживает ее в нажатом состоянии до окончания передачи, используя обратимый громкоговоритель (12) как микрофон, а для получения ответа отпускает тангенту (13) и прослушивает ответ, воспроизводимый громкоговорителем (12).
Достигнутый технический результат при использовании устройства состоит в следующем:
повышена оперативность работы внешнего абонента за счет улучшения обзора акватории и сокращения времени на передачу сообщения, обеспеченная возможностью перемещения его по верхней палубе;
реализована возможность работы с причала или берега;
повышена надежность работы геркона (9) в цепи управления режимом работы «прием - передача» речевого тракта за счет существенного увеличения
отношения максимального магнитного потока электромагнита 11 к минимальному значению, при отсутствии тока через него. Вариант 2.
Устройство по п. 2 формулы содержит симплексный управляемый тракт обмена речевой информацией (речевой тракт) и цепь управления режимом работы «прием - передача» речевого тракта, имеющую тангенту, элемент, создающий магнитное поле, и магниточувствительный элемент цепи управления, подключенные кабелем к сети связи подводного объекта.
В качестве внешнего абонента использовано оборудование спасающего судна, которое состоит из блока связи внешнего абонента и блока сопряжения. Блок связи содержит обратимый громкоговоритель, согласующий трансформатор с тремя обмотками, одна из которых соединена с громкоговорителем, а две другие последовательно соединены между собой конденсатором и образуют вторичную обмотку согласующего трансформатора. Параллельно конденсатору подключены последовательно соединенные контакты тангенты и источник постоянного тока. Вторичная обмотка согласующего трансформатора двухпроводным герметичным кабелем необходимой длины соединена с блоком сопряжения. Блок сопряжения содержит две последовательно соединенных конденсатором обмотки, образующие другую часть индукционного разъема, и элемент, создающий магнитное поле, выполненный в виде обмотки, параллельно подключенной ко второй части индукционного разъема, причем, блок сопряжения подключен к герметичному стационарному блоку подводного объекта в любом (либо в надводном, либо подводном) положении.
Устройство по варианту 2, может быть использовано при нахождении подводного объекта на глубине до 1000 метров. Его отличие от устройства по варианту 1, состоит в том, что в него дополнительно введены согласующий трансформатор (18) и конденсаторы (19) и (20), что позволило использовать для соединения блоков (5) и (6) двухпроводный кабель (7). Согласующий трансформатор (18) снижает потери в кабеле (7), а конденсаторы (19) и (20), сохраняя целостность обмоток второй части индукционного разъема (10) и первичной обмотки трансформатора (18) по переменному току в речевом тракте позволяют использовать указанные обмотки и кабель (7) в цепи питания электромагнита (обмотка! 1) от источника постоянного тока (14).
Подготовка к работе устройства по варианту 2 состоит в сочленении блока сопряжения (6) со стационарным блоком (2) подводного объекта с помощью водолаза или робота - манипулятора на глубинах, недоступных для водолаза, а использование его по назначению полностью совпадает с описанным выше для устройства по варианту 1.
Достигнутый технический результат при использовании устройства состоит в следующем:
• возможность связи водолаза или оператора спасающего судна (с участием водолаза) с персоналом подводного объекта, а на больших глубинах для связи оператора спасающего судна с персоналом объекта с привлечением робота-манипулятора для сочленения блока сопряжения (6) со стационарным блоком (2);
• реализована возможность работы внешнего абонента с персоналом подводного объекта с причала или берега;
• повышена надежность работы геркона (9) в цепи управления режимом работы «прием передача» речевого тракта за счет существенного увеличения отношения максимального магнитного потока электромагнита (11) к минимальному значению, при отсутствии тока через него.
Вариант 3.
В варианте 3 заявленного устройства задействована, кроме аварийной подводной лодкой (ПЛ), спасающая подводная лодка (СПЛ), в качестве которой может участвовать подводная лодка любого типа, оснащенная двумя стационарными блоками: первым (23) и вторым (26), герметичными и установленными на внешней поверхности СПЛ, и тремя герметичными блоками сопряжения: первый (22) сочленен с первым стационарным блоком СПЛ, второй (25) сочленен со вторым стационарным блоком СПЛ и третий (6) сочленен с герметичным стационарным блоком ПЛ (2), установленным и жестко закрепленным на внешней поверхности аварийной ПЛ. Третий блок сопряжения (6) герметичным необходимой длины двухпроводным кабелем (21) соединен с первым блоком сопряжения (22), который коротким герметичным двухпроводным кабелем (24) соединен со вторым блоком сопряжения (25). Первый стационарный блок (23) герметичным четырехпроводным кабелем соединен с одной группой контактов переключателя «Аварийная работа - Штатная работа» (28), которая соединена со вторичной обмоткой трансформатора (32) и сетью ГГС СПЛ, первичная обмотка трансформатора соединена с обратимым громкоговорителем (12).
Второй стационарный блок (26) герметичным четырехпроводным кабелем соединен с другой группой контактов переключателя «Аварийная работа - Штатная работа» (28) и с сетью ГГС СПЛ. Причем, одна пара контактов второй группы переключателя через контакты тангенты (34) подключена к генератору (33) либо к сети ГГС СПЛ, другая пара - непосредственно к генератору либо к сети ГГС СПЛ в зависимости от положения переключателя (28): «Аварийная работа» или «Штатная работа». Стационарные блоки СПЛ идентичны и содержат по одной части индукционных разъемов (30 и 36 соответственно) и по геркону. Первый блок сопряжения (22) содержит вторую часть индукционного разъема (31), состоящего из двух обмоток (40), соединенных последовательно через конденсатор, параллельно которому герметичным двухпроводным кабелем (24) подключен выход выпрямителя (39) второго блока сопряжения (25). Вход выпрямителя (39) соединен со второй частью (38) индукционного разъема (37) второго блока сопряжения (25). Третий блок сопряжения (6) содержит одну часть индукционного разъема, состоящую из двух последовательно соединенных конденсатором (19) обмоток (10). Параллельно конденсатору (19) подключен элемент, создающий магнитное поле, выполненный в виде электромагнита (11), магнитное поле которого воздействует на магниточувствительный элемент, например, геркон (9), стационарного блока подводной лодки, входящий в цепь управления речевым трактом, содержащим обмотки другой части (8) индукционного разъема.
Стационарный блок ПЛ идентичен стационарным блокам СПЛ и содержит обмотку (8) индукционного разъема и магниточувствительный элемент (9), которые четырехпроводным кабелем подключены к сети ГГС ПЛ.
В положении «Штатная работа» переключателя (28) стационарные блоки (23) и (26) подключаются к сети ГГС СПЛ, обеспечивая готовность персонала СПЛ к работе с внешним абонентом - штатной плановой работе.
В положении «Аварийная работа» переключателя (28) при нажатой тангенте (34) от генератора (33) по кабелю (35), через индукционный разъем (37) подается питание на выпрямитель(39). Постоянный ток с выпрямителя по кабелю (24), через обмотки (40) индукционного разъема (31), затем по кабелю (21) питает электромагнит (11), что приводит к срабатыванию геркона (9) и переводу сети ГГС аварийной ПЛ в режим прослушивания передач от оператора СПЛ. Устанавливается симплексная связь между аварийной ПЛ и СПЛ, позволяющая оценить размеры и объем аварии ПЛ и принять решение по ее ликвидации.
Достигнутый технический результат состоит в возможности привлечения к спасательным работам с аварийной ПЛ наиболее близко расположенной другой подводной лодки, используемой в качестве СПЛ, что обеспечивается наличием съемных кабелей (21) и (24) в каждой из ПЛ.
Вариант 4.
Устройство для электрической связи между внешним абонентом и персоналом подводного объекта по варианту 4 образовано оборудованием аварийного подводного объекта (например, подводной лодки - ПЛ) и оборудованием спасающей подводной лодки (СПЛ), имеет управляемый тракт обмена речевой информацией (речевой тракт) и цепь управления режимом работы «прием - передача) речевого тракта и содержит герметичный стационарный блок (2), установленный и жестко закрепленный на внешней поверхности аварийной ПЛ, второй герметичный стационарный блок (51), установленный на внешней поверхности СПЛ, два блока сопряжения (6 и 50 соответственно). Стационарный блок ПЛ (2) содержит одну часть индукционного разъема (8) и магниточувствительный элемент, например геркон (9), подключенные кабелем к внутренней сети ПЛ, и сочленен с первым блоком сопряжения (6).Подключение блоков сопряжения (6 и 50) к стационарным блокам ПЛ и СПЛ (2 и 51 соответственно) выполняет водолаз или робот-манипулятор на глубинах, недоступных для водолаза.
Стационарный блок СПЛ (51) содержит две первых части двух индукционных разъемов (30 и 36 соответственно) и магниточувствительный элемент, подключенный параллельно к первой части другого индукционного разъема (36), которая подключена к сети ГГС СПЛ и к последовательно соединенным генератору (53) и тангенте (54). Первая часть первого индукционного разъема блока (51) герметичным кабелем (55) через контакты переключателя «Аварийная работа - Штатная работа» (28) подключена либо к первичной обмотке согласующего трансформатора (32), вторичная обмотка которого соединена с обратимым громкоговорителем (12), либо к сети ГГС СПЛ в зависимости от положения переключателя (28). Стационарный блок СПЛ сочленен со вторым блоком сопряжения (50), имеющим вторую часть первого индукционного разъема (31), выполненную в виде двух обмоток (40), соединенных последовательно конденсатором, параллельно которому подключен выход выпрямителя (52), вход которого соединен со второй частью второго индукционного разъема (37). Вторая часть первого индукционного разъема, кроме того, соединена двухпроводным герметичным кабелем (21) с другой частью индукционного разъема блока сопряжения (6), сочлененного со стационарным блоком ПЛ (2). Причем, эта часть индукционного разъема выполнена в виде двух обмоток (10), последовательно соединенных конденсатором (19), параллельно которому подключен электромагнит (11).
Первые части индукционных разъемов стационарных блоков лодок задействованы для создания речевого тракта через блок сопряжения (6), двухпроводный кабель (21), блок сопряжения (50), первый индукционный разъем стационарного блока СПЛ (51), кабель (55), контакты переключателя (28), согласующий трансформатор (32), обратимый громкоговоритель (12).
Цепь управления речевым трактом образована генератором (53), контактами тангенты (54), соединенными герметичным кабелем (55) с первой частью второго индукционного разъема (37), вторая часть которого соединена со входом выпрямителя (52), выход которого кабелем подключен к второй части первого индукционного разъема (31) и через его обмотки к кабелю (21), затем через обмотки второй части индукционного разъема блока сопряжения (6) к электромагниту (11).
При нажатии тангенты (54) переменный ток от генератора (53) поступает по кабелю (55) и через второй индукционный разъем (37) на выпрямитель (52). Постоянный ток от выпрямителя по обмоткам второй части первого индукционного разъема (31), кабелю (21) поступает на электромагнит (11), магнитное поле которого воздействует на геркон (9). Таким образом цепь управления речевым трактом образована и от СПЛ поступает сообщение на аварийную ПЛ. Налажена надежная симплексная связь между СПЛ и аварийной ПЛ, позволяющая определить размеры и объем аварии ПЛ и принять решение по ее ликвидации.
Положительный эффект от реализации вариантов предлагаемого устройства заключается в возможности проведения штатных и аварийных работ в различных случаях аварийной ситуации, в оказании помощи в определении состояния аварийного объекта, в частности подводной лодке, как в надводном, так и в 11 подводном положении на различных достаточно больших глубинах, в том числе при положении аварийной лодки на грунте на глубине до 1000 м.
Причем, связь между персоналом аварийной ПЛ и командой спасателей - речевая симплексная, более надежная и удобная, чем условные перестукивания. Кроме того, спасательные работы может производить любая, оказавшаяся поблизости подводная лодка, выступая в роли спасающей, и в зависимости от того, какими блоками она оснащена (стационарными, находящимися в эксплуатации, а так же новыми усовершенствованными стационарными блоками и блоками сопряжения по варианту 3 или 4 устройства), спасающая ПЛ может смонтировать устройство по третьему или четвертому варианту и оказать содействие в проведении необходимых аварийных работ.