БУКСИРУЕМАЯ ЛИНИЯ
TOWED LINE

Изобретение относится к океанологии, в частности к буксируемым системам для обследования акваторий путем проведения измерений на различных горизонтах траления.
Известно широкое использование буксируемых линий, оснащенных измерительной аппаратурой, которая, в зависимости от решаемых задач, устанавливается либо в специальных подводных аппаратах, либо распределяется по длине грузонесущего троса.
Известно буксирное устройство для подводных носителей аппаратуры [1], состоящее из кабель-буксира, по длине которого распределены съемные элементы цилиндрической формы, в которых размещены грузы или носители аппаратуры. Съемные элементы шарнирно крепятся к кабель-буксиру с помощью кронштейнов и зажимов. Кроме этого каждый съемный элемент жестко связан с обтекателем, который выполнен в виде гидродинамической поверхности и состоит из двух симметричных секций, шарнирно соединенных носовыми частями с возможностью фиксации хвостовых частей в сложенном положении.
Недостатком устройства является прерывистость буксируемой линии, имеющей протяженные участки кабель-буксира, не защищенные обтекателями, что снижает эксплуатационную надежность линии. Это связано с тем, что буксировка линии сопровождается сильными колебаниями, вызванными нестационарностью потока в кильватерном следе. Вследствие этого происходит произвольное разворачивание шарнирно закрепленных съемных блоков, скручивание кабель-буксира, раскрытие обтекателей, что может привести в повреждению кабельной системы.
Известна конструкция подводного буксира [2], который содержит углубитель и грузонесущий трос, армированный обтекателями, соединенными между собой посредством узлов связи. Обтекатели секции, примыкающей к углубителю, снабжены наделками, закрепленными на их хвостовых частях и установленными симметрично относительно оси обтекателей. Узлы связи обтекателей выполнены в виде шарнирно соединенных с обтекателями перекрестных скоб.
Недостатком известного устройства является необходимость использования специального захватного устройства для постановки и подъема углубителя. Кроме этого большое количество крепежных элементов (винтов), используемых для соединения носовых и хвостовых частей обтекателя и для соединения обтекателей между собой, снижает надежность и ремонтопригодность буксируемой линии.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом, принятым за прототип предлагаемой буксируемой линии, является устройство для буксировки сейсмографной косы [3], вдоль которой размещены блоки измерительных (акустических) датчиков. Сейсмографная коса охвачена с зазором кожухом, состоящим из грузонесущего троса и группы полых цилиндров (обтекателей), нанизанных на сейсмографную косу. Каждый из полых цилиндров выполнен из двух идентичных полуцилиндров (секций) П-образной или S-образной формы, с хвостовым стабилизатором на конце, максимально отдаленном от грузонесущего троса. Полуцилиндры соединены друг с другом посредством двух жестких тяг, закрепленных на полуцилиндрах шарнирами, оси которых перпендикулярны продольной оси грузонесущего троса. Тяги разделяют отверстия для прокладки грузонесущего троса и сейсмографной косы. На ходовом конце грузонесущего троса закреплен углубитель, выполненный в виде решетки заглубляющих крыльев, шарнирно соединенной с откидывающейся рамой поплавковой секции углубителя.
Преимуществом прототипа является использование динамической системы заглубления, повышающей устойчивость буксируемой линии в набегающем потоке.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, не позволяющая при необходимости изменять местоположение измерительных датчиков или производить оперативную замену поврежденных обтекателей.
Решаемой задачей является обеспечение устойчивости буксируемой линии при одновременном повышении ее ремонтопригодности и эксплуатационной надежности.
Сущность изобретения заключается в том, что в буксируемой линии, содержащей блоки измерительных датчиков, распределенные вдоль грузонесущего троса, который проложен через головные отверстия установленных на нем разъемных обтекателей, и углубитель, содержащий шарнирно соединенные решетку заглубляющих крыльев и поплавковую секцию, углубитель дополнительно содержит шарнирно соединенные промежуточную секцию и поводок, на вилке которого, оснащенной соединителем для ходового конца грузонесущего троса, установлен измерительный прибор, электрический кабель от которого и электрические кабели, подключенные к блокам измерительных датчиков, проложены через средние отверстия обтекателей с фиксацией в зажимных обтекателях, которые установлены на втулках, жестко закрепленных на грузонесущем тросе через одинаковые промежутки по длине буксируемой линии, кроме этого каждый разъемный обтекатель состоит из двух секций, имеющих в головной и хвостовых частях ступенчатые вырезы, дополняющие друг друга до целого при сопоставлении секций, причем сборка хвостовой части обтекателя зафиксирована посредством шарнирного соединения, а сборка головной - посредством защелок, кроме этого промежуточная секция углубителя шарнирно соединена посредством скоб с решеткой заглубляющих крыльев, в нижней части которой, оснащенной стабилизирующим крылом, размещены дополнительные грузы, а элемент плавучести, установленный на поплавковой секции, выполнен в виде пластины, имеющей в поперечной сечении крыловидную обтекаемую форму.
Кроме этого элемент плавучести выполнен из высокопрочного пенопласта.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - буксируемая линия в рабочем положении, общий вид;
фиг.2 - углубитель в положении по-походному, общий вид;
фиг.3 - углубитель в развернутом виде;
фиг.4 - фрагмент буксируемой линии с зажимными обтекателями
фиг.5 - фрагмент буксируемой линии с блоком измерительных датчиков;
фиг.6 - конструкция обтекателя;
фиг.7 - схема размещения оборудования буксируемой линии, вид сбоку;
фиг.8 - схема размещения оборудования буксируемой линии, вид сверху;
На фиг.1 изображено судно-буксировщик 1 с вытравленной буксируемой линией 2, вдоль которой распределены блоки измерительных датчиков. Ходовой конец грузонесущего троса буксируемой линии 2 закреплен в соединителе поводка 3, на вилке которого установлен измерительный прибор 4. Расходящиеся концы поводка 3 шарнирно соединены с передними концами боковин рамы промежуточной секции 5 углубителя, задние концы которых шарнирно соединены посредством скоб 6 с решеткой 7 заглубляющих крыльев углубителя. Спереди (вверху) решетки 7 шарнирно закреплена откидывающаяся рама поплавковой секции 8 углубителя, положение которой фиксируется боковыми оттяжками 9.
На фиг.2 представлен общий вид углубителя, расположенного на вертикально установленной по-походному площадке 10 поворотного слипа так, что скобы 6 охватывают трубчатое обрамление верхнего края площадки 10, а промежуточная секция 5 и решетка 7 углубителя, подвешенные на скобах 6, охватывают с двух сторон плоскость площадки 10. В трубчатых обрамлениях боковых сторон площадки 10 установлены рычаги 11, посредством которых площадка 10 разворачивается в вертикальной плоскости вокруг оси 12, установленной в боковинах опорной плиты 13.
Решетка 7 заглубляющих крыльев (см. фиг.2, 3) выполнена в виде рамы с перемычками дугообразной формы (заглубляющими крыльями) 14, вогнутая поверхность которых обращена навстречу набегающему потоку. Благодаря этому решетка 7 (и буксируемая линия) в процессе буксировки устанавливается под определенным углом наклона (углом атаки) к набегающему потоку.
Для стабилизации момента входа углубителя в воду нижняя часть решетки 7 имеет равномерно утолщающийся профиль и наклонно срезанный торец с накладкой обтекаемой формы, образующий стабилизирующее крыло 15. Кроме этого в утолщающейся части решетки размещены гравитационные элементы (грузы) 16.
Поплавковая секция 8 выполнена в виде рамы, на которой установлен элемент 17 плавучести, выполненный в виде пластины, имеющей в поперечном сечении крыловидную обтекаемую форму. Элемент 17 плавучести выполнен из высокопрочного пенопласта.
Буксируемая линия 2 (см. фиг.4) содержит грузонесущий трос 18, на который надеты пластмассовые (капролоновые) обтекателями 19. Каждый из обтекателей состоит из двух разъемных секций, имеющих внутренние выемки, разделенные перегородками 20, 21 с образованием головного отверстия для укладки грузонесущего троса 18, среднего овального отверстия для укладки кабелей 22, и хвостового отверстия для укладки шланга 23 водозабора.
Во избежание обрыва электрических кабелей 22 при намотке буксируемой линии на барабан лебедки они имеют большую длину, чем грузонесущий трос 18, и уложены волной.
Для предотвращения сползания кабелей 22 вниз под действием собственной силы тяжести при буксировке линии и удержания обтекателей 19 на грузонесущем тросе 18 на нем установлены (напрессованы) втулки 24, к которым крепятся зажимные обтекатели 25, жестко скрепляемые винтами 26, фиксируя каждый из кабелей в отдельном отверстии. При ширине b обтекателя 19, равной 28 мм, зажимные обтекатели 25 устанавливаются с интервалом 1 м. Длина l обтекателя составляет 170 мм, а толщина h - 30 мм.
Блоки 27 измерительных датчиков (см. фиг.5) размещены вдоль буксируемой линии в соответствии с заданными горизонтами траления. Длина блока 27 соответствует длине обтекателей 19, а толщина не более чем на 30% превышает толщину обтекателей. Для сглаживания скачкообразных переходов по толщине с обеих сторон блока 27 установлены переходные обтекатели 28, плавно сопрягающие блок со смежными обтекателями 19. Благодаря этому обеспечивается устойчивость линии 2 при буксировке на скорости до 18 узлов.
Для компенсации нагрузок, возникающих при изгибах буксируемой линии, кабель 22 в зоне герметичной заделки в разъем блока 27 свернут в петлю 29.
Обтекатель 19 (см. фиг.6) состоит из двух разъемных секций 30, 31, имеющих округлую носовую часть и сужающуюся хвостовую часть, заканчивающуюся хвостовым стабилизатором 32.
Носовая и хвостовая части секции 30 имеют ступенчатые вырезы 33, 34 толщиной, равной половине толщины обтекателя, выполненные с одной (верхней) стороны обтекателя, а носовая и хвостовая части секции 31 имеют ответные ступенчатые вырезы 35, 36, выполненные с другой (нижней) стороны обтекателя так, что при совмещении секций 30, 31 образуется единое целое. В перегородках 20, 21 секций обтекателя также выполнены ступенчатые вырезы, дополняющие друг друга до целого.
Сборка хвостовых частей секций 30,31 обтекателя фиксируется шарнирным соединением, элементами которого являются стойка секции 31 (не показана), вводимая в соосное отверстие 37 секции 30.
Сборка носовой части обтекателя фиксируется посредством защелок, элементами первой из которых является полуцилиндрический выступ 38 на стенке ступенчатого выреза 33 секции 30, вводимый в ответную полуцилиндрическую выемку 39 головной части секции 31, а элементами второй защелки является полуцилиндрический выступ 40 на стенке 35 ступенчатого выреза секции 31, вводимый в ответную полуцилиндрическую выемку 41 головной части секции 30.
Оборудование для работы с буксируемой линией (см. фиг.7, 8) размещено в контейнере 42, который устанавливается на корме судна-буксировщика 1. Контейнер 42 имеет отсек для размещения спуско-подъемного устройства буксируемой линии и приборный отсек для размещения аппаратуры сбора и обработки измерительной информации. Для доступа персонала в обоих отсеках выполнены двери, а для постановки буксируемой линии и проведения забортных измерений в торцевой стенке отсека спуско-подъемного устройства выполнены ворота, через которые опускается вниз площадка 10 поворотного слипа.
Спереди площадки 10 слипа установлены ограничители 43, в зазор между которыми заправляется лента обтекателей буксируемой линии 2. Ограничители 43 выполнены в виде опор, округленных со стороны завода буксируемой линии и плавно сужающихся в сторону ее схода со слипа, образуя дугообразные створки с расширением зазора от 5 см до 50 см.
Рядом с площадкой 10 поворотного слипа установлен электропривод 44 слипа, приводящий в действие рычаги 11, разворачивающие площадку 10.
В положении слипа по-походному, как было рассмотрено выше, на его площадке 10 размещены промежуточная секция 5, решетка 7 и поплавковая секция 8 углубителя с элементом 17 плавучести.
Вилка поводка 3, оснащенная соединителем для закрепления ходового конца грузонесущего троса 18, подведена к вращающейся опоре 45, которая выполнена в виде рола с ребордой, установленного на неподвижном основании. Реборда рола расположена на уровне нижней реборды (щеки) барабана 46 буксирной лебедки, имеющего вертикальную ось вращения. На барабане 46 послойно однорядно уложена буксируемая линия 2.
Кроме вращающейся опоры 45 перед барабаном 46 буксирной лебедки установлена стойка 47 устройства фиксации буксируемой линии на барабане буксирной лебедки. Устройство фиксации содержит натяжную ленту 48, охватывающую ленту обтекателей буксируемой линии с возможностью перемещения вместе в ней в ручье барабана 46 буксирной лебедки по мере стравливания/укладки витков буксируемой линии. Натяжение ленты обеспечивается регулируемым грузом (набором съемных дисков), перемещающимся внутри стойки 47. Трос, на котором подвешен груз, через систему блоков выведен наружу стойки и закреплен в одном из ручьев вращающегося барабана, установленного на стойке 47. В другом ручье вращающегося барабана закреплен ходовой конец натяжной ленты 48, а коренной конец натяжной ленты жестко закреплен на неподвижном основании вращающейся опоры 45.
Сборку буксируемой линии и настройку измерительной аппаратуры осуществляют в заводских условиях, после чего все оборудование устанавливают в контейнер 42, который доставляют на судно-буксировщик 1 и устанавливают на его корме.
В исходном положении буксируемая линия 2 с блоками 27 измерительных датчиков уложена на барабане 46 буксирной лебедки и зафиксирована натяжной лентой 48 устройства фиксации, которая полностью вытравлена с вращающегося барабана стойки 47, при этом трос, удерживающий регулируемый груз вверху стойки, уложен в своем ручье вращающегося барабана.
Углубитель установлен на площадке 10 поворотного слипа, а поводок 3 с установленным на нем крупногабаритным измерительным прибором 4 подведен к вращающейся опоре 45, опираясь на ее основание.
Для постановки буксируемой линии 2 раскрывают ворота в задней стенке контейнера 42. Включают электропривод 44 слипа, который разворачивает рычаги 11, устанавливающие площадку 10 наклонно вниз, как показано на фиг.7. При развороте площадка 10 увлекает за собой углубитель буксируемой линии. При этом шарнирно соединенные скобами 6 секции 5, 7 углубителя раскрываются, решетка 7 сползает по слипу и опрокидывается за борт, увлекая за собой сначала промежуточную секцию 5 углубителя, а затем поводок 3 с закрепленным на нем ходовым концом грузонесущего троса 18 буксируемой линии 2.
Затем, включая на малых оборотах электропривод буксирной лебедки, приводят во вращение барабан 46 и, начиная подтравливать буксируемую линию, доводят ленту обтекателей до ограничителей 43 и заправляют в зазор между ними.
После погружения в воду углубителя буксирную лебедку переводят в рабочий режим, в котором она работает до полного стравливания буксируемой линии с барабана 46.
Для предотвращения скручивания буксируемой линии при стравливании с барабана 46 и поломки обтекателей приводят в действие устройство фиксации буксируемой линии. Для этого освобождают от стопорных винтов регулируемый груз, зафиксированный вверху стойки 47. Под действием силы тяжести груз начинает перемещаться вниз и тянет трос, который приводит во вращение барабан стойки 47. При этом натяжная лента 48, закрепленная во втором ручье вращающегося барабана стойки 47, наматывается на него, обжимая с постоянным усилием ленту обтекателей 19 по мере стравливания витков буксируемой линии 2 с барабана 46 буксируемой лебедки. Нижний край ленты обтекателей 19 (головные части) прокатывается по реборде вращающейся опоры 45 и так, в вертикальном положении обтекателей, буксируемая линия проводится через ограничители 43. Пройдя ограничители 43, лента обтекателей буксируемой линии разворачивается, ложится плашмя на площадку 10 слипа, как показано на фиг.8, и сходит с нее в воду под действием гидродинамической силы, создаваемой углубителем.
По окончании постановки буксируемой линии буксирную лебедку выключают и начинают буксировку линии.
После погружения углубителя в воду рама 8 поплавковой секции откидывается под воздействием элемента 17 плавучести и фиксируется в горизонтальном положении боковыми оттяжками 9, а решетка 7 устанавливается наклонно, как показано на фиг.1, под воздействием гидродинамических сил, возникающих при отражении набегающего потока от заглубляющих крыльев 14 профилированной формы.
При этом выполнение элемента плавучести 17 в форме обтекаемого крыла снижает автоколебания углубителя и обеспечивает стабилизацию его движения по глубине, а профилированная форма обтекателей 19 снижает гидродинамическое сопротивление буксируемой линии. Благодаря этому повышается достоверность проводимых в процессе буксировки измерений. Показания измерительных датчиков 27 и прибора 4 передаются по кабелям 22 в аппаратуру, установленную в приборном отсеке контейнера 42, где регистрируются и обрабатываются.
При маневрах судна буксируемая линия удерживается в зазоре между ограничителями 43, которые благодаря дугообразной форме своих створок защищают обтекатели 19 от переломов.
По окончании измерений для выборки буксируемой линии включают буксирную лебедку. Лента обтекателей 19, проходя через ограничители 43, устанавливается вертикально и, поддерживаемая ребордой вращающейся опоры 45, направляется в ручей барабана 46, на который укладывается послойно, ряд за рядом, обжимаемая натяжной лентой 48. Постоянство усилия обжима обеспечивается натяжением троса регулируемого груза, который при стравливании натяжной ленты 48 наматывается на вращающийся барабан стойки 47, поднимая груз вверх. Благодаря этому предотвращается заклинивание и повреждение обтекателей 19 буксируемой линии.
При появлении из воды поводка 3 буксирную лебедку переключают на малые обороты, а затем, после подъема поводка, вынимают ленту обтекателей из зазора ограничителей 43. После захода на площадку 10 слипа промежуточной секции 5 углубителя включают привод 44 слипа, разворачивающий рычаги 11 вверх и устанавливающий площадку 10 по-походному в вертикальное положение.
Таким образом, благодаря введению в углубитель промежуточной секции 5 достигается возможность его компактного размещения на вертикально устанавливаемой по-походному площадке 10 поворотного слипа, что является важным преимуществом в условиях недостатка свободных площадей на судах ограниченного водоизмещения.
Наличие гравитационных элементов (грузов) 16 и стабилизирующего крыла 15 в нижней части решетки 7 углубителя позволяет предотвратить переворачивание углубителя и стабилизировать момент его входа в воду, а выполнение элемента плавучести в виде цельного крыла из пенопласта (взамен ранее использовавшегося набора из трех полых металлических емкостей) обеспечивает стабильное движение углубителя на глубине при наклонном положении буксируемой линии, определяемом формой заглубляющих крыльев решетки углубителя.
Повышение устойчивости буксируемой линии обеспечивается тем, что обтекатели 19 имеют профилированную форму с элементами стабилизации хвостовых частей, а блоки 27 измерительных датчиков имеют округлую форму носовой части и сопряжены по толщине с обтекателями 19 через переходные обтекатели 28, благодаря чему не нарушается непрерывность и сплошность линии.
Необходимость использования в составе измерительной аппаратуры крупногабаритного прибора 4 решена размещением его на поводке 3, непосредственно соединенном с ходовым концом грузонесущего троса 18. Благодаря этому, во-первых, повышается надежность заделки электрического кабеля 22, т.к. не требуется проведение кабеля через шарнирные узлы соединения секций углубителя (в случае установки прибора на углубителе), а во-вторых, обеспечивается возможность укладки на барабан лебедки всей буксируемой линии, т.к. в положении по-походному вилка поводка подводится к барабану лебедки.
Кроме этого повышение живучести кабельной системы обеспечивается введением зажимных обтекателей 25, распределенных по длине линии с интервалом 1 м. Наличие зажимных обтекателей, фиксирующих кабели, не препятствует их свободной укладке и формированию компенсационных петель 29 для разгрузки узлов стыковки с блоками 27 измерительных датчиков и, в то же время, исключает возможность сползания кабеля вниз и его растягивания под действием собственного веса, что могло бы привести к нештатным ситуациям.
Конструкция обтекателей 19, не требующих для сборки дополнительного крепежа, обеспечивает быструю замену поврежденных в процессе буксировки звеньев, повышая эксплуатационную надежность буксируемой линии.
Кроме этого при необходимости изменения местоположения блоков 27 измерительных датчиков сборка-разборка буксируемой линии и перенос блоков может быть произведена непосредственно на судне и не требует больших трудозатрат.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая конструкция буксируемой линии может быть изготовлена согласно приведенным описанию и чертежам из обычных материалов, используемых в приборостроении, и использована для проведения измерений на различных горизонтах в толще воды в процессе обследования акватории.
Список литературы
1. СССР, авторское свидетельство № 683150 на изобретение, МПК В63В 21/66, публикация 23.11. 1987 г.
2. РФ, патент № 2035348 на изобретение, МПК В63В 21/66, публикация 20.05.1995 г.
3. СССР, авторское свидетельство № 1805426 на изобретение, МПК G01V 1/38, публикация 30.03.1993 г., прототип.