ПОДВОДНОЕ СПУСКО-ПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО
UNDERWATER DIPPING AND LIFTING DEVICE

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.
Известны подводные спуско-подъемные устройства (СПУ), аналогичного назначения, реализованные в платформах для выращивания морепродуктов, содержащие корпус, объемы 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 оттяжек при заглубленном положении СПУ /Патент РФ №1205471, кл. A01K 61/00, 1998; Авторское свидетельство СССР №1489673, кл. A01K 61/00, 1989/.
Недостатками известных СПУ являются сложность их конструкции, ограниченная глубина погружения объекта эксплуатации, заиливание гибких элементов с отрицательной плавучестью и, как следствие этого, необходимость увеличения силы подъема гибких элементов, а также высокая трудоемкость при постановке СПУ на акватории и большие габаритные размеры СПУ.
Известно подводное СПУ, реализованное в гидрологическом оборудовании для исследования гидроакустических характеристик морей и океанов с помощью горизонтально ориентированной гидроакустической антенны /Патент США №4215572, кл. 73-170А (G01W 1/00), 1980/.
Известное СПУ 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.
Недостатком известного СПУ является сложность конструкции, и ее постановки на акватории, большие габариты и наличие надводных элементов системы.
Известно СПУ, реализованное в стационарных измерительных гидроакустических комплексах /Патент РФ №2200069, кл. B63B 22/00, 2003, патент РФ №2172272, кл. B63B 22/00, 2001/.
Известное СПУ содержит корпус с основанием, объемы положительной плавучести, якорь, барабан с желобом, редуктор, оттяжку и автономный дистанционно управляемый размыкатель (АДУР).
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 ней 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 конце гибкого кабеля, перемещаться вверх-вниз в натурном водоеме по конической спирали, при этом происходит скручивание гибкого кабеля.
Недостатками аналога являются сложность и высокая стоимость конструкции СПУ, дороговизна ремонтных работ, возможность появления закрутки кабеля при его работе, необходимость наличия кабеля для подачи электропитания с плавсредства или с берега для управления приводом СПУ.
Известно подводное СПУ, принятое за прототип /Патент РФ №2303353, кл. A01K 61/00, 2005, 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.
Недостатками прототипа являются большие габариты СПУ и ограниченная глубина его погружения.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является уменьшение габаритов СПУ и увеличение глубины его погружения.
Поставленный технический результат 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 концом 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.
СПУ дополнительно содержит неподвижный блок, установленный в верхней части корпуса, кинематически связанный посредством каната с барабаном малого диаметра и грузом.
СПУ дополнительно содержит АДУР, установленный в верхней части корпуса напротив барабана большого диаметра.
СПУ дополнительно содержит 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 часть или все барабаны большого диаметра объединены в один или несколько барабанов, снабженных канавками одинакового диаметра для намотки (смотки) соответствующих оттяжек.
СПУ содержит, 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 через соответствующий неподвижный блок - к соответствующему барабану малого диаметра.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена конструктивная схема СПУ; на фиг.2 - пример реализации СПУ с объектом эксплуатации; на фиг.3 - схема, поясняющая принцип работы СПУ.
СПУ содержит (фиг.1) корпус 1, обратимый одноступенчатый редуктор 2 с быстроходным и тихоходным валами 3, 4, барабан 5 малого диаметра, расположенный и закрепленный на тихоходном валу 4. Возможен вариант установки редуктора открытого или закрытого, одноступенчатого или многоступенчатого. Крепление редуктора 2 к корпусу 1 может осуществляться путем опоры валов 3, 4 на корпус 1 с возможностью вращения валов 3, 4 в подшипниках (не оцифрованы). При закрытом исполнении редуктора 2 возможен вариант крепления редуктора 2 к корпусу 1 СПУ. 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 отсутствовать).
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 размыкания 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).
Согласно дополнительным пунктам формулы изобретения СПУ может содержать 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.1).
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 дополнительным грузом).
Каждый из вертикально ориентированных направляющих каналов может быть снабжен по аналогии с прототипом ограничителями 23, 24 перемещения грузов 6, 18, расположенных на одном или разных уровнях. Ограничитель 24 может быть выполнен с отверстием.
Возможно в качестве ограничителя использовать канат определенной длины, который при полной выборке останавливает СПУ.
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 может также содержать по меньшей мере один дополнительный барабан 25 большого диаметра (фиг.1), 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 менее материалоемкими, например, в виде шкивов (на чертеже не показаны) с канавками для намотки (смотки) соответствующих оттяжек и канатов.
Допускается на один барабан большого или малого диаметров наматывать (сматывать) соответственно несколько оттяжек или канатов.
Дополнительный груз 18 (фиг.1) может быть выполнен, например, в виде цилиндрического тела с осевым отверстием. В нижнем торце дополнительного груза 18 имеется конусная выборка для сопряжения со 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.
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 натурного водоема на якоря 14, 29 (фиг.1).
Перед погружением ПС зафиксирована АДУР и находится в статическом состоянии, при этом действующий момент от грузов 6, 18 через канаты 8, 21 на барабаны 5, 20 малого диаметра больше момента, действующего от силы положительной плавучести ПС через оттяжки 12, 26 на барабаны 10, 25 большого диаметра. При 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 освобождение 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 давления, настроенный на заданную глубину, дает команду на фиксацию барабана 10 большого диаметра. Механизм заглубления останавливается и ПС под действием положительной плавучести «зависает» на оттяжках 12, 26 на расчетной глубине.
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 6 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.
Можно более простым и дешевым способом обеспечить необходимое количество остановок ПС на заданных глубинах, используя ограничители 23, 24, установленные в направляющих каналах 7, 19 на разных уровнях (фиг.1).
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 расфиксируется (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 натурного 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 балласт, 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 гидрологических 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.3a слева).
При заполнении емкостей 33, 34 водой (фиг.3a) 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 одновременно выбираются соответствующие оттяжки 12, 26 и наматываются на барабаны 10, 25.
Дойдя до ограничителя 24 (фиг.3б) 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 положительную плавучесть одним из известных способов, например путем заполнения емкости 33 воздухом по команде (гидроакустическому сигналу). При этом СПУ увеличит положительную плавучесть. СПУ начнет подниматься (фиг.3в). Это приведет к сматыванию с барабанов 10, 25 оттяжек 12, 26 и 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.3б).
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.3б).
Суммарная положительная плавучесть СПУ возрастет. При этом оттяжки 12, 26 будут сматываться с барабанов 10, 25 большого диаметра, а грузы 6, 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, чем и достигается поставленный технический результат.