УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR CHANGING BUOYANCY OF AN UNDERWATER VEHICLE

Изобретение относится к технике освоения океана, а именно к подводным аппаратам с изменяемой плавучестью.
Известно устройство изменения плавучести подводного аппарата (патент RU №2124457, опубл. 10.01.1999 г.), содержащее герметичный прочный корпус с рабочей камерой цилиндрической формы с перемещаемым внутри ее поршнем, который соединен со стержнем, выходящим наружу корпуса, пространство под поршнем заполнено рабочей жидкостью, кипящей при температуре выше 0°С и находящейся в равновесии при давлении насыщенных паров, пространство над поршнем заполнено маслом и через металлическую трубку с управляемым клапаном соединяется с газогидроаккумулятором.
Недостатком является невозможность изменения скорости движения подводного аппарата в процессе погружения/всплытия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению и принятым в качестве прототипа является устройство изменения плавучести подводного аппарата (Kobayashi Т, Asakawa K, Watanabe K, et al. New buoyancy engine for autonomous vehicles observing deeper oceans. In: Proceedings of ISOPE-2010; Beijing; 2010. p. 401-405). Устройство изменения плавучести подводного аппарата размещено в герметичном корпусе, в котором гидравлический приводной насос возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре перемещает рабочую жидкость по трубопроводам с управляемыми клапанами между внешним ресивером переменного объема, изменение объема которого обеспечивает изменение плавучести, а, следовательно, скорости погружения/всплытия, и внутренним ресивером переменного объема.
Анализ технических характеристик прототипа показал, что наряду с таким достоинством как обеспечение изменения плавучести на глубинах 2000-4000 м, недостатком является высокое давление в гидравлической системе при больших глубинах погружения и, как следствие, ограничение по глубине погружения до 4000 м.
В основу изобретения поставлена техническая задача создания устройства для изменения плавучести подводного аппарата, которое обеспечивает возможность работы подводного аппарата, как на малых, так и на больших глубинах погружения подводного аппарата (более 4000 м) с возможностью изменения скорости погружения/всплытия, а также стабилизации на заданной глубине.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в герметичный корпус, содержащий гидравлический приводной насос, перемещаемую рабочую жидкость, трубопроводы, управляемые клапаны помещен гидравлический цилиндр с размещенными в нем поршнем со штоком и пружиной, заполненный рабочей жидкостью и инертным газом и соединенный посредством трубопроводов и управляемых клапанов с гидравлическим приводным насосом. При этом шток установлен с возможностью передвижения между окружающей средой и внутренним объемом гидравлического цилиндра, реализуя функции внешнего ресивера переменного объема. Изменение длины части штока, выдвинутой в окружающую среду, обеспечивает заданное изменение плавучести подводного аппарата, а, следовательно, и скорости погружения/всплытия. Диаметр штока меньше диаметра поршня, что позволяет уменьшить давление в гидравлической системе и обеспечить большую глубину погружения. В гидравлическом цилиндре надпоршневое пространство заполнено рабочей жидкостью, а подпоршевое пространство заполнено рабочей жидкостью лишь частично, остальная часть подпоршневого пространства заполнена инертным газом, при этом функции внутреннего ресивера переменного объема реализует подпоршневое пространство гидравлического цилиндра, в котором между поршнем и донышком цилиндра установлена пружина, надетая на шток. Кроме этого, в устройстве изменения плавучести подводного аппарата всасывающая сторона гидравлического приводного насоса снабжена фильтром.
Суть заявленного изобретения объясняется чертежом, на котором изображена схема устройства изменения плавучести подводного аппарата.
Как показано на схеме, устройство изменения плавучести подводного аппарата расположено в герметичном корпусе 13 и содержит гидравлический цилиндр 1, в котором помещаются пружина 4 и поршень 9 со штоком 8, который может выдвигаться через уплотнение 7 в донышке цилиндра в окружающую среду при перемещении поршня 9. Надпоршневое пространство 2 заполнено рабочей жидкостью, а подпоршевое пространство 6 заполнено рабочей жидкостью лишь частично, остальная часть подпоршневого пространства 6 заполнена инертным газом. Гидравлический цилиндр 1 соединен трубопроводами с приводным насосом 11 и фильтром 12. Встроенные в гидравлическую систему управляемые клапаны 3, 5 и 10 позволяют менять направление перемещения рабочей жидкости между надпоршневым и под поршневым пространствами.
В качестве насоса может использоваться, например, шестеренный насос.
В качестве уплотнения могут использоваться, например, сальниковое или сильфонное уплотнение.
В качестве инертного газа могут использоваться, например, азот, углекислый газ и т.п.
Заявляемое изобретение работает таким образом.
Устройство изменения плавучести подводного аппарата работает в двух режимах - всплытия и погружения.
При использовании устройства в режиме всплытия клапан 3 находится в положении «закрыто», а клапан 5 в положении «открыто», при этом клапан 10 переключает сторону нагнетания насоса 11 на надпоршневое пространство 2 цилиндра 1, а всасывающая сторона насоса 11 замыкается на подпоршневое пространство 6. Приведение в действие насоса 11 производит перемещение рабочей жидкости из подпоршневого пространства 6 в надпоршневое пространство 2, что приводит к перемещению поршня 9 вниз, сжатию пружины 4 и расширению находящегося в подпоршневом пространстве 6 инертного газа и выдвижению части штока 8 за пределы гидравлического цилиндра 1 через уплотнение 7 в окружающую среду, а это, в свою очередь, приводит к увеличению плавучести ПА.
В режиме погружения существует два варианта использования устройства. При использовании устройства в режиме погружения по первому варианту клапан 3 находится в положении «открыто», а клапан 5 в положении «закрыто», при этом клапан 10 переключает сторону нагнетания насоса 11 на подпоршневое пространство 6 цилиндра 1, а всасывающая сторона насоса 11 замыкается на надпоршневое пространство 2. Приведение в действие насоса 11 производит перемещение рабочей жидкости из надпоршневого пространства 2 в подпоршневое пространство 6, что приводит к перемещению поршня 9 вверх и соответственно части штока 8 из окружающей среды в пределы гидравлического цилиндра 1 через уплотнение 7, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению плавучести подводного аппарата. При использовании устройства в режиме погружения по второму варианту клапана 3 и 5 находятся в положении «закрыто», а клапан 10 соединяет подпоршневое пространство 6 цилиндра 1 непосредственно с надпоршневым пространством 2. При этом, сжатая в режиме всплытия пружина 4 производит перемещение рабочей жидкости из надпоршневого пространства 2 в подпоршневое пространство 6, что приводит к перемещению поршня 9 вверх и соответственно части штока 8 из окружающей среды в пределы гидравлического цилиндра 1 через уплотнение 7, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению плавучести подводного аппарата.
Таким образом, перемещением поршня и штока в гидравлическом цилиндре можно управлять плавучестью подводного аппарата, скоростью погружения/всплытия, а также стабилизировать подводный аппарат на заданной глубине.
В результате осуществления заявляемого изобретения получаем устройство для изменения плавучести подводного аппарата, которое обеспечивает возможность работы подводного аппарата, как на малых, так и на больших глубинах погружения подводного аппарата (более 4000 м) с возможностью изменения скорости погружения/всплытия, а также стабилизации на заданной глубине.