ПОДВОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР ОТПУГИВАЮЩИХ ЗВУКОВ

Полезная модель относится к экологии в области средств защиты диких животных, в частности к устройствам образования физических полей, предназначенных, преимущественно, для не травмирующего отпугивания водных обитателей от локальных зон, опасных для их жизни.
При аварийных выбросах в водоемы нефтепродуктов и других вредных веществ образуются локальные зоны, в которых гибнут ее обитатели: пернатые водоплавающие, млекопитающие и рыбы. В местах массового забора воды, например, для орошения полей или для вращения турбин гидроэлектростанций, гибнет рыба, особенно ее молодь. Эти места также являются локальными зонами, опасными для жизни водных обитателей. Различные по причинам образования локальные зоны могут быть временными или стационарными. Однако, в любом случае, можно снизить количество водных обитателей, гибнущих в опасных локальных зонах, если своевременно и не травмируя отпугнуть их от этих зон.
В настоящее время четко определились две группы пневматических генераторов отпугивающих звуков экологического назначения, работающих в автоматическом режиме генерации звуков с интервалами «тишины» между звуками.
К одной группе относятся импульсные генераторы отпугивающих звуков, например, обозначенные в следующих изобретениях: №2409946 «Подводный генератор отпугивающих звуков»; №2446683 «Подводный генератор отпугивающих звуков» и №2447658 «Экологический генератор отпугивающих звуков». Каждый из этих генераторов в качестве основных элементов содержит: источник сжатого воздуха; воздуховод; дроссельный клапан; накопительную камеру, связанную с источником сжатого воздуха, и клапан ступенчатого сброса давления сжатого воздуха. При образовании в накопительной камере заданного давления сжатого воздуха клапан ступенчатого сброса давления срабатывает и открывает выхлопной канал из накопительной камеры в воду. При этом порция сжатого воздуха вырывается в воду, генерируя звуки. Указанные генераторы отличаются между собой конструкциями клапанов ступенчатого сброса давления воздуха, которые обеспечивают временной интервал от полного «открытия» до полного «закрытия» выхлопного канала - чем короче временной интервал выброса порций сжатого воздуха в воду, тем выше КПД генератора. Например, один из указанных импульсных генераторов обеспечивает временной интервал в пределах 4 мс. Импульсные генераторы генерируют в воде низкочастотные волны в диапазоне от 40 до 100 Гц.
Другую группу генераторов отпугивающих звуков представляют имитаторы звуков семейства дельфиновых. Семейство дельфиновых известно как отличные охотники на водных обитателей, и даже могут успешно атаковать акул. Водные обитатели, не желая стать добычей, инстинктивно избегают встречи с представителями этого семейства -восприняв их голоса, стремительно удирают подальше. Частотный диапазон звуков, издаваемых, например дельфинами, на порядки выше частотного диапазона звуков импульсных генераторов. В конце прошлого столетия активно разрабатывали генераторы - имитаторы голосов дельфинов, в которых принимал активное участие соавтор заявляемого изобретения. Имитаторы успешно применялись в научных и прикладных работах. Была обоснована высокая экономическая и экологическая эффективность их использования. Однако широкого применения и дальнейшего развития они не получили, т.к. Минрыбпром СССР не выделил на это финансы, но на изобретения наложило гриф «Для служебного пользования» или «Не подлежит опубликованию в открытой печати». Этот гриф с последнего изобретения ТОИ ДВНЦ АН СССР по данной теме был снят в 2000-ом году (Бюл. №9, от 27 03 2000 г). В решении крупномасштабной экологической проблемы отпугивания водных обитателей от опасных для их жизни зон, совокупное использование импульсных генераторов и имитаторов звуков семейства дельфиновых будет весьма полезным. При этом определились направления по совершенствованию построения имитаторов.
Генераторы - имитаторы в качестве основных элементов содержат источник сжатого воздуха; воздуховод; дроссельный клапан; накопительную камеру, связанную с источником сжатого воздуха; клапан ступенчатого сброса давления сжатого воздуха и звукообразующую насадку в виде технического подобия звукообразующих органов семейства дельфиновых. При образовании в накопительной камере заданного давления сжатого воздуха клапан срабатывает и открывает канал из накопительной камеры в канал звукообразующей насадки. Проходя через звукообразующую насадку, струя воздуха модулируется и выбрасывается в воду. При этом в воде генерируются звуки. Схожесть генерируемых звуков с живыми голосами дельфинов обеспечивается вариантами конструкций звукообразующих насадок и возможностью их регулировки.
Заявляемая полезная модель относится к группе имитаторов звуков семейства дельфиновых.
Известен генератор гидроакустических сигналов «Афалина», а.с. №776276, 1980 г. В изобретении обоснована конструкция клапана ступенчатого сброса давления воздуха. Фрагмент текста описания изобретения: «Работает генератор следующим образом. От источника сжатый воздух поступает в накопительную камеру. При этом канал насадки перекрыт выпускным клапаном. Когда давление воздуха в накопительной камере достигнет заданного рабочего, клапан предельного давления и выпускной клапан смещаются скачком, чему способствует мембранная пружина, меняя стрелу прогиба. При этом открывается канал для прохода воздуха в звукообразующую насадку. При снижении давления воздуха в накопительной камере до определенного значения выпускной клапан, мембрана и клапан предельного давления возвращаются в исходное положение». Таким образом, выпускной клапан, мембрана и клапан предельного давления в совокупности исполняю функцию клапана ступенчатого сброса давления.
Известен генератор гидроакустических сигналов «Касатка», а.с. №1598688, 1990 г. В изобретении обоснована конструкция клапана ступенчатого сброса давления воздуха. Устройство содержит дополнительную камеру и два клапана, которые в совокупности исполняю функцию клапана ступенчатого сброса давления воздуха.
Недостатками изобретений а.с. №776276 и а.с. №1598688 представляются сложности в изготовлении и эксплуатации клапанов ступенчатого сброса давления.
Известна звукообразующая насадка генератора гидроакустических сигналов, (см. а.с. №940098, 1982 г.), снабженная несколькими радиальными отверстиями, обтянутыми эластичными манжетами. Предполагалось, что характеристика спектра генерируемых сигналов будет эквивалентна спектру живых голосов нескольких дельфинов, т.е. обеспечит эффект пребывания группы дельфинов. Однако равномерное обтягивание радиальных отверстий во втулке насадки эластичными манжетами оказалось очень затруднительно - как только срабатывала одна из манжет, весь сжатый воздух выбрасывался в воду под этой манжетой, а остальные манжеты не срабатывали.
Известен генератор гидроакустических сигналов «Дельфин-2» (см. а.с. №803678, 1980 г.), в котором звукообразующая насадка выполнена в виде втулки с глухим осевым и сквозным радиальным каналами и обтянута эластичной манжетой. Насадка снабжена стержнем со сферической упорной поверхностью торца, который прижат пружиной к манжете в зоне сквозного радиального канала насадки. Регулировкой шага витков пружины изменяют упругое давление стержня на манжету и, соответственно, модуляцию потока воздуха. Звукообразующая насадка обеспечивала спектр генерируемых звуков подобный голосам дельфинов.
В качестве ближайшего аналога принят генератор гидроакустических сигналов «Дельфин» (см. а.с. №654920, 1978 г.), в котором звукообразующая насадка выполнена в виде втулки с глухим осевым и сквозным радиальным каналами и обтянута эластичной манжетой. В сопряжении с наружной поверхностью эластичной манжеты установлена цилиндрическая пружина сжатия, которая в свою очередь снабжена механизмом регулирования шага витков. При открытии канала от источника сжатого воздуха в канал насадки эластичная манжета вспучивается и давит на виток пружины, смещая его к основанию насадки. После этого манжета продолжает вспучиваться, образуя зазор над втулкой насадки. По зазору порция сжатого воздуха выбрасывается в воду, генерируя звук. Когда подачу сжатого воздуха прекращают, давление в полости насадки падает, а манжета и виток пружины возвращаются в исходное положение. Неуравновешенные колебания манжеты и пружины изменяют площадь зазора, вызывая модуляцию потока выбрасываемого воздуха, что определяет спектр генерируемых звуков. Регулировкой шага витков пружины изменяют модуляцию потока воздуха. Звукообразующая насадка обеспечивала спектр генерируемых звуков подобный голосам дельфинов.
Недостатки изобретений а.с. №654920 и а.с. №803678 заключаются в том, что элементы регулировки модуляции исходящего потока воздуха звукообразующих насадок совершают колебательные движения в воде в процессе генерации звуков. Эти движения значительно снижают длительность их работоспособности.
Таким образом, определилась необходимость совершенствовать и звукообразующие насадки и клапана ступенчатого сброса давления.
Технический результат выражается в повышении эффективности не травмирующего отпугивания, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию, а также расширении области применения.
Подводный генератор отпугивающих звуков, содержащий источник сжатого воздуха, воздуховод, дроссельный клапан, накопительную камеру с входным и выходным каналами, модулятор воздушного потока, выполненный в виде стержня, снабженного глухим осевым отверстием, открытым в накопительную камеру и сообщенным с радиальным сквозным отверстием, причем поверхность модулятора воздушного потока обтянута манжетой, выполненной из упругого материала, отличается от аналогичных генераторов тем, что в него внесены существенные изменения и дополнения, а именно:
- манжета состоит из двух участков разной толщины, при этом участок манжеты с большей толщиной размещен со стороны накопительной камеры и снабжен средством фиксации манжеты на модуляторе воздушного потока;
- выход радиального сквозного отверстия расположен под участком манжеты с большей толщиной;
- свободный конец модулятора воздушного потока выполнен с меньшим диаметром, его поверхность снабжена резьбой, на которую надеты с возможностью возвратно-поступательного перемещения гайка и колпачок с отверстием в донышке;
- наружная поверхность колпачка выполнена в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной в сторону манжеты, а внутренняя выполнена цилиндрической, диаметр которой соответствует диаметру модулятора воздушного потока;
- средство фиксации манжеты на фиксации манжеты на модуляторе воздушного потока выполнено в виде стяжного хомута, размещенного на участке манжеты с большей толщиной между радиальным сквозным отверстием и ее торцом, обращенным к накопительной камере;
- манжета выполнена из резины.
На фиг.1 изображена схема построения подводного генератора отпугивающих звуков.
На чертежах показаны воздуховод 1, дроссельный клапан 2, входной 3 и выходной 4 каналы накопительной камеры 5, модулятор воздушного потока в виде стержня 6, снабженного глухим осевым 7 и радиальным сквозным 8 отверстиями, участки манжеты с большей 9 и меньшей толщиной 10, средство фиксации 11 манжеты на стержне 6, свободный конец 12 стержня 6, гайка 13 и колпачок 14.
Глухое осевое отверстие 7 стержня 6 открыто в сторону накопительной камеры 5.
Участок манжеты с большей толщиной 9 размещен со стороны накопительной камеры 5 и снабжен средством фиксации 11 манжеты на стержне 6.
Выход радиального сквозного отверстия 8 стержня 6 расположен под участком манжеты с большей толщиной 9.
Свободный конец 12 стержня 6 выполнен с меньшим диаметром, его поверхность снабжена резьбой, на которую надеты с возможностью возвратно-поступательного перемещения гайка 13 и колпачок 14.
Колпачок 14 снабжен отверстием в донышке, его наружная поверхность выполнена в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной в сторону манжеты, а внутренняя выполнена цилиндрической, диаметр которой соответствует диаметру стержня 6.
Средство фиксации 11 манжеты на стержне 6 выполнено в виде стяжного хомута, размещенного на участке манжеты с большей толщиной 9 между радиальным сквозным отверстием 8 и ее торцом, обращенным к накопительной камере 5.
На чертеже не показан источник сжатого воздуха. Над радиальным сквозным отверстием 8 стержня 6 показан прогиб манжеты для визуального представления того, что выход радиального сквозного отверстия 8 перекрыт упругим натяжением участка манжеты с большей толщиной 9 на стержне 6.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Сжатый воздух по воздуховоду 1 поступает в дроссельный клапан 2, который отрегулирован на определенную объемную скорость натекания воздуха в накопительную камеру 5. При образовании заданного давления воздуха в накопительной камере 5 поверхность манжеты начинает отжиматься.
Далее сжатый воздух продолжает отжимать участок манжеты с большей толщиной 9, расположенный над выходом радиального сквозного отверстия 8 стержня 6, т.к. резко увеличивается площадь поверхности, на которую воздействует давление воздуха. Отжимание продолжается в зоне наименьшего сопротивления прорыву воздуха в воду. Такой зоной является участок манжеты с меньшей толщиной 10, от выхода радиального сквозного отверстия 8 параллельно оси стержня 6 к его свободному концу 12, так как манжета при установке на стержень 6 не была растянута по длине оси, и, следовательно, не восприняла предварительное осевое натяжение.
Разные толщины стенок манжеты имеют разную резонансную частоту радиальных колебаний. Неуравновешенные колебания манжеты изменяют площадь зазора над стержнем 6, вызывая модуляцию потока выбрасываемого воздуха, что определяет спектр генерируемых звуков. Объемная скорость истекания воздух из накопительной камеры 5 в воду превышает его натекание от источника сжатого воздуха. Когда давление в накопительной камере 5 снижается до заданного, манжета возвращается в исходное положение и выход радиального сквозного отверстия 8 закрывается. Процесс накопления воздуха с последующей генерацией звуков повторяется в автоматическом режиме. Смещением манжеты по длине стержня 6 перенастраивают, в определенном интервале, на разные давления срабатывания устройства для генерации звуков. Например при смещении вниз до сопряжения выхода радиального сквозного отверстия 8 с участком манжеты с меньшей толщиной 10, срабатывание устройства будет при меньших давлениях воздуха в накопительной камере 5, и, наоборот, при фиксации участка манжеты с меньшей толщиной 10 ближе к свободному концу 12 стержня 6.
Положением колпачка 14 и фиксацией его гайкой 13 изменяют радиальное натяжение манжеты, что сказывается на тональности звуков, и позволяет работой нескольких имитаторов имитировать звуки группы дельфинов.
Изготовление деталей генератора, его сборка и настройка не вызывает каких либо серьезных технических и технологических вопросов.
Для представления о проектируемом генераторе отпугивающих звуков даны некоторые его параметры из технического задания. Объем накопительной камеры до 0,4 л; давление срабатывания клапана ступенчатого сброса давления 0,3-0,4 МПа; сброс давления воздуха в накопительной камере до 0,1 МПа; длительность имитации звуков дельфинов 4-7 сек.; длительность периодов между звуками от 20 до 50 сек.; масс имитатора без воздуховода не более 1,5 кг.