Акустический размыкатель
ACOUSTIC DISCONNECTOR

Техническое решение относится к устройствам крепления и отделения всплывающих буев и может быть использовано в качестве размыкателя всплывающих подводных аппаратов, заглубленного подводного оборудования и устройств для марикультуры.
Общим признаком размыкателей является наличие корпуса с закрепленным на нем механизмом размыкания и захватом. Размыкатели срабатывают по гидроакустическому сигналу или по таймеру. Устройство срабатывания определяется по электромеханическому, пироэлектрическому, магнитному и гидростатическому принципу. Источники информации: [1].
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является «Устройство для дистанционной развязки связанных объектов плавкой связью под водой» (см. пат. US 20050051535 A1, Int. C1. В63В 21/60, опубл. 2004-02-06).
Устройство для дистанционной развязки связанных объектов с плавким звеном под водой с использованием сменного плавкого звена соответствующего электрического сопротивления, способ подачи мощного заряда электричества через плавкое звено, механизм, удерживаемый плавким звеном для удержания и высвобождения вторичного звена между связанными объектами и добавления механического преимущества к прочности плавкого звена, и система доставки команд-сигналов, обеспечивающая дистанционную активацию устройства. Данное устройство имеет ряд преимуществ перед устройствами аналогичного назначения, а именно: относительная дешевизна элементов плавкой вставки, определенная надежность в реальном исполнении при узком диапазоне глубин и нагрузок.
Однако эта конструкция имеет ряд недостатков, а именно, устройство не оптимизировано для работы на больших глубинах больших глубинах (больше 200 метров). В силу ограничений по плавкой вставке устройство имеет ограничения по нагрузке (до 50 кг). Блок питания вместе с электрической схемой (применение высокоемких конденсаторов) срабатывания по плавкой вставке занимают относительно большие массогабаритные размеры. Сама конструкция не имеет других совмещенных функций обеспечивающих надежность и всплытие, кроме как обеспечение срабатывания по плавкой вставке.
Цель изобретения - разработка способа и устройства размыкателя, с повышенной надежностью при уменьшении массогабаритных параметров, увеличение нагрузок на размыкатель, а также в расчете на использование смежных функций (обеспечение всплытия и борьба с обрастанием).
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в использовании газогенерирующих элементов в качестве исполнительного устройства и как одного из элементов блок питания, а также в качестве элемента функции всплытия и функции очищения.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:
Признаки, указывающие что, исполнительное устройство выполнено в виде газогенерирующего пускового элемента, электрически соединенного с гидроакустическим приемным устройством и срабатывающего по сигналу от гидроакустического приемного устройства, при чем порции струи газа, выходящей из газогенерирующего пускового элемента достаточно чтобы вытолкнуть сдвигаемый опорный шток, являющийся опорной преградой для фигурного шарнирного рычага размыкателя, который удерживает груз, что ведет к исполнению функции размыкателя, при этом сдвигаемый опорный шток выполнен в виде плоской фигуры исполненной в одном положении, когда является опорой для фигурного шарнирного рычага, а в другом сдвинутом положении, когда не является опорой для фигурного шарнирного рычага. Таким образом, газогенерирующего пускового элемента, играет одновременно роль частично блока питания и исполнительного силового устройства сдвигая опорный шток и делая возможным движение фигурного шарнирного рычага для освобождения петли полезного груза от захвата для дальнейшего всплытия.
Признаки, указывающие что, исполнительное устройство выполнено в виде пиротехнического привода, срабатывающего по сигналу от гидроакустического приемного устройства, при чем усилия штока пиротехнического привода достаточно чтобы вытолкнуть сдвигаемый опорный шток, являющийся опорной преградой для фигурного шарнирного рычага размыкателя, который удерживает груз, что ведет к исполнению функции размыкателя, при этом сдвигаемый опорный шток выполнен в виде плоской фигуры исполненной в одном положении, когда является опорой для фигурного шарнирного рычага, а в другом сдвинутом положении, когда не является опорой для фигурного шарнирного рычага. Таким образом, пиротехнический привод, играет одновременно роль частично блока питания и исполнительного силового устройства сдвигая опорный шток и делая возможным движение фигурного шарнирного рычага для освобождения петли полезного груза от захвата для дальнейшего всплытия.
Признаки, указывающие что, сдвигаемый опорный шток выполнен в виде стержня исполненного для одного положения, когда он является опорой для фигурного шарнирного рычага, а в другом сдвинутом положении, когда не является опорой для фигурного шарнирного рычага, поскольку выскакивает из гнезда.
Признаки, указывающие что, вращающийся шток, имеющий ось вращения, опирающийся одним своим концом, выполненным в виде сплошной винтовой поверхности вдоль продольной оси, на выход из, а другим своим концом, выполненным в виде захвата со 180 градусным раскрывом, охватывающим в одном положении выступающий элемент фигурного шарнирного рычага, а в другом положении - неохватывающим элемент фигурного шарнирного рычага. Таким образом, баллон с газом играет одновременно роль частично блока питания и исполнительного силового устройства за счет вращательного движения исполнительного штока проворачивается на 180° в положение, где фигурный шарнир на него не опирается и делая возможным движение фигурного шарнирного рычага для освобождения петли полезного груза от захвата для дальнейшего всплытия.
Признаки, указывающие что, исполнительное устройство имеет дополнительный газовый вывод для наполнения емкости предназначенной для подъема гидроакустического размыкателя к поверхности моря. Таким образом, газ выйдя из газогенерирующего пускового элемента и выполнив свою функцию по перемещению фигурного шарнирного рычага для освобождения петли полезного груза от захвата для дальнейшего всплытия, в последней части своего движения направляется для заполнения либо открытой, либо закрытой емкости для поднятия полезного груза к поверхности моря.
Признаки, указывающие что, исполнительное устройство имеет дополнительный газовый вывод для обработки соприкасающихся элементов фигурного шарнирного рычага и опорного штока. Известно, что имеется ряд случаев, когда биообрастание механизмов (особенно в местах соприкосновения рабочих поверхностей механизмов) размыкателей под водой препятствует исполнению функции размыкания. Однако имея в наличии газогенерирующей пусковой элемент под высоким давлением газом, можно в значительной мере решить эту проблему, направив струю газа в проблемные участки - места соприкасающихся элементов фигурного шарнирного рычага и опорного штока. Импульсная струя газа под давлением от подведенных газовых трубок, открываемых газогенерирующим пусковым элементаом, по сигналу от гидроакустического приемного устройства может срезать элементы биообрастания.
На Рис. 1 изображен акустический размыкатель изображен акустический размыкатель имеющий гидроакустическое приемное устройство 1, блок питания 2, исполнительного устройства состоящее из газогенерирующего пускового элемента 3, сдвигаемого штока 4, который имеет два положения относительно фигурного шарнирного рычага 5, который вращается вокруг своей опоры п. На фигурном шарнирного рычага 5 имеется надета петля от полезного груза 6, под воздействием которой фигурный шарнирного рычага 5 вращается вокруг своей оси и соответственно сбрасывает петлю от полезного груза 6.
На Рис. 2 изображен акустический размыкатель изображен акустический размыкатель имеющий гидроакустическое приемное устройство 1, блок питания 2, исполнительного устройства состоящее из пиротехнического привода 3, штока 7, сдвигаемого штока 8, который имеет два положения относительно фигурного шарнирного рычага 5, который вращается вокруг своей опоры п. На фигурном шарнирного рычага 5 имеется надета петля от полезного груза 6, под воздействием которой фигурный шарнирного рычага 5 вращается вокруг своей оси и соответственно сбрасывает петлю от полезного груза 6.
На Рис. 3 изображен акустический размыкатель изображен акустический размыкатель имеющий гидроакустическое приемное устройство 1, блок питания 2, исполнительного устройства состоящее из газогенерирующего пускового элемента (пиротехнического привода) 3, сдвигаемый шток 4, который имеет только одно положение относительно фигурного шарнирного рычага 5, который вращается вокруг своей опоры п. На фигурном шарнирного рычага 5 имеется надета петля от полезного груза 7, под воздействием которой фигурный шарнирного рычага 5 вращается вокруг своей оси и соответственно сбрасывает петлю от полезного груза 7.
На Рис. 4 изображен акустический размыкатель имеющий гидроакустическое приемное устройство 1, блок питания 2, исполнительного устройства состоящее из газогенерирующего пускового элемента (пиротехнического привода) 3, вращающийся шток 9. Вращающийся шток 9, имеет ось вращения, опирается на одним своим концом выполненным в виде сплошной винтовой поверхности вдоль продольной оси на выход газогенерирующего пускового элемента (пиротехнического привода) 3, а другим своим концом, выполненным в виде захвата со 180-ти градусным раскрывом 10, охватывает фигурный шарнирный рычаг 5, и который имеет два положения относительно фигурного шарнирного рычага 5, который вращается вокруг своей опоры. На фигурном шарнирном рычаге 5 надета петля от полезного груза 6.
На Рис. 5 изображен выход от газогенерирующего пускового элемента акустического размыкателя, где 11 является общий выход, 12 - является выходом, предназначенным для выполнения исполнительской функции размыкания акустического размыкателя, 13 является выход через трубку 14 предназначенный для выполнения поплавковой функции 15 размыкания акустического размыкателя при отправке к поверхности моря.
На Рис. 6 изображен выход от газогенерирующего пускового элемента акустического размыкателя, где 16 является трубка выходящая от газового баллона, 17 - места соприкасающихся элементов фигурного шарнирного рычага и опорного штока.
2
Акустический размыкатель работает следующим образом: Базисный принцип построения акустического размыкателя определен согласно Рис. 1, когда приходящий на гидроакустическое приемное устройство 1, подпитываемое блоком питания 2, связано с газогенерирующим пусковым элементом 3. Газогенерирующий пусковой элемент 3 имеет пиротехнический заряд, который срабатывает от подаваемого импульса. Мощность заряда может быть разная в зависимости от назначения, но в нашем случае приемлемый диапазон предельного создаваемого давления на разных моделях [2] составляет от 100 до 600 кгс/см что соответствует примерно от 100 до 600 атмосфер. При этом надо понимать что для того чтобы какое-то давление действовало на глубине, необходимо чтобы оно 1,5-2 раза превышало статическое давление на глубине. Соответственно в этом случае мы можем выбрать модели газогенерирующих пусковых элементов могущих работать на глубинах до 700 метров или до 4000 метров [2]. При этом объем газа свободного газа для аналогичного ряда моделей будет составлять от 0,5 литров до 3 литров, что также может учитываться при расчете на наполнение объемов всплывающих поплавковых емкостей и в качестве элемента очистки соприкасающихся поверхностей. Кроме того, следует учесть, что газогенерирующий пусковой элемент достаточно дешев как съемный разовый элемент конструкции при достаточно высокой вероятности безотказного срабатывания (0,999) [3]. Сигнал от гидроакустического приемного устройства 1 передается на газогенерирующий пусковой элемент 3, который загораясь, создает газовую струю (время требуемое для создания импульса газовой струи для разных моделей составляет ориентировочно 0,02÷0,2 сек.). Выпускаемая порция газа из газогенерирующего пускового элемента 3 имеющая определенный импульс газовой струи двигает сдвигаемый опорный шток 4, который до этого держал фигурный шарнирный рычаг 5 в закрытом положении, не давая петле от полезного груза 6 соскочить с фигурного шарнирного рычага 5. Приведение сдвигаемого опорного штока 4 из закрытого в открытое положение, дает петле от полезного груза 6 возможность соскочить с фигурного шарнирного рычага 7, на который надета петля от полезного груза 6, относительно оси вращения фигурного шарнирного рычага 5. Энергия струи газа может составлять по [3] до 230 (до 1268) Дж, что кроме приведения в движение сдвигаемого опорного штока 4, достаточно чтобы импульсно пробить, возможно образовавшееся биобрастание и засорение песком в местах соприкосновения движущихся частей.
Вариантом данного принципа построения по Рис. 2 является то, когда приходящий на гидроакустическое приемное устройство 1, подпитываемое блоком питания 2, связан с пиротехническим толкающим элементом 3.
Пиротехнический толкающий элемент 3 имеет пиротехнический заряд, который срабатывает от подаваемого импульса. Мощность заряда может быть разная в зависимости от назначения, но в нашем случае приемлемый диапазон предельного создаваемого давления на разных моделях [4] составляет усилие от 5 до 50 кг на расстояние от 4 до 12 мм. Сигнал от гидроакустического приемного устройства 1 передается на пиротехнический толкающий элемент 3, который загораясь двигает шток 7. Усилие штока 7 сдвигает сдвигаемый опорный шток 8, который до этого держал фигурный шарнирный рычаг 5 в закрытом положении, не давая петле от полезного груза 7 соскочить с фигурного шарнирного рычага 5. Приведение сдвигаемого опорного штока 5 из закрытого в открытое положение, дает петле от полезного груза 7 возможность соскочить с фигурного шарнирного рычага 5, на который надета петля от полезного груза 6, относительно оси вращения фигурного шарнирного рычага 5.
Вариантом данного принципа построения по Рис. 3 является то, что когда выпускаемый струя газа (шток) двигает сдвигаемый опорный шток 4 выполненный в виде стержня, который до этого держал фигурного шарнирного рычага 5 в закрытом положении не давая петле от полезного груза 6 соскочить с фигурного шарнирного рычага 5. Выпускаемый газ (шток) двигает сдвигаемый опорный шток 4 и он выскакивает и устройства снимая опору с фигурного шарнирного рычага 5 и давая петле от полезного груза 6 возможность соскочить с фигурного шарнирного рычага 5, на который надета петля от полезного груза 6, относительно оси вращения фигурного шарнирного рычага 6.
Кроме того, дополнительный базисный принцип построения акустического размыкателя определен согласно Рис. 4, когда приходящий на гидроакустическое приемное устройство 1, подпитываемое блоком питания 2, передается на газогенерирующий пусковой элемент (пиротехнический привод) 3. Сигнал от гидроакустического приемного устройств 1 передается на газогенерирующего пускового элемента (пиротехнического привода), который импульсно выпускает порцию газа (вращает шток). Энергии выпускаемой порции газа достаточно чтобы начинать двигать вращающийся шток 9 за счет сплошной винтовой (шнековой) поверхности нанесенной вдоль продольной оси на конце у выхода газового баллона, и соответственно проворачиваться, а другим своим концом, выполненным в виде захвата со 180 градусным раскрывом 10, который до этого держал фигурного шарнирного рычага 5 в закрытом положении не давая петле от полезного груза 6 соскочить с фигурного шарнирного рычага 5. Выпускаемый газ проворачивает вращающийся шток 9, с усилием приводя в его открытое положение и открывая возможность надетой петле от полезного груза 6 соскочить с фигурного шарнирного рычага 5, на который надета петля от полезного груза 6, относительно оси вращения фигурного шарнирного рычага 5. В случае когда
Дополнительные опции акустическому размыкателю придают функции согласно Рис. 5, когда выход от газогенерирующего пускового элемента акустического размыкателя, где 11 являясь общим выходом, разделяется, когда основная функция исполнение, где 12 - является выходом, предназначенный для выполнения исполнительской функции размыкания акустического размыкателя, уже следующим является выход 13 через трубку 14 предназначенный для выполнения поплавковой функции 15 размыкания акустического размыкателя при отправке к поверхности моря за счет длительного открытия газогенерирующего пускового элемента в соответствии со скоростью истечения газа из газогенерирующего пускового элемента).
Дополнительные опции акустическому размыкателю придают функции согласно Рис. 6, когда выходы от газогенерирующего пускового элемента акустического размыкателя 16 предварительно подведены к внешним местам для обработки соприкасающихся элементов фигурного шарнирного рычага и опорного штока 17. Известно, что имеется ряд случаев, когда биообрастание механизмов (особенно в местах соприкосновения рабочих поверхностей механизмов) размыкателей под водой препятствует исполнению функции размыкания. Имея в наличии газогенерирующеий пусковой элемент с выходящим под высоким давлением газом, можно в значительной мере решить эту проблему, направив, посредством жесткого закрепления трубки, струю газа в проблемные участки - внешние места соприкасающихся элементов фигурного шарнирного рычага и опорного штока 17. Импульсная струя газа под давлением от подведенных газовых трубок 16, газогенерирующим пусковым элементом, по сигналу от гидроакустического приемного устройства может срезать элементы биообрастания.
1. Источники информации:
Берто Г.О. Океанографические буи. Л.: Судостроение. 1979, 215 с. «Подводное спусковое устройство" (см. пат. US 5513886 A, Int. C1. В63В 22/06, опубл. 1993-11-08). "Усиленный подводный акустический размыкатель" (2721811 RU В63В 21/50 Дата подачи заявки: 01.10.2019), "Подводный размыкатель (2107001 RU В63В 22/14 Дата подачи заявки 22.12.1989, "Способ постановки притопленного океанологического буя" 2404081 RU, В63В 22/00 (2006.01) Дата подачи заявки 22.07.2009, "Морской гидрогеофизический комплекс" (2446979 RU, В63В 22/06 (2006.01) Дата подачи заявки 09.06.2010), "Подводное размыкающее устройство» см. пат. US 5022013, Int. C1. В63В 22/06, опубл. 1991-06-04). «Гидроакустическое устройство для дистанционного отсоединения подводного изделия и обозначения его местоположения" 2128350 RU, G01S 3/00 (1995.01) Дата подачи заявки 31.12.1997). "Встроенное механическое разъединительное устройство" AU 2013251633 C1, В63В 21/08, 2012-04-25, "Подводная система передачи данных и управления выпуском приборов Н04В 13/02 US 7187623 B2 2004-03-12.
2. Пусковые устройства для приведения в действие исполнительных механизмов автоматических установок пожаротушения [Электронный ресурс]: [Официальный сайт АО «Муромский приборостроительный завод»] - Электрон. дан. - Режим доступа: URL: http://www.mpzflame.ru/produktsiya/sredstva-initsiirovaniya-dlya-sictempozharotusheniya/puskovye-ustrojstva-dlya-privedeniya-v-dejstvie-mehanizmov-avtomaticheskih-ustanovok-pozharotusheniya/
3. Источники газа типа ИГ [Электронный ресурс]: [Официальный сайт ЗАО «МЭЗ Спецавтоматика»] - Электрон. дан. - Режим доступа: URL: http://www.mezplant.ru/catalog/zapornopuskovye_ustroistva_modulei_pozharotusheniya/puskovye_ustroistva_i_initsiiruuschie_elementy_dlya_oborudovaniya_pozharotusheniya/istochniki_gaza_tipa_ig/
4. Толкатели для перемещения исполнительных устройств [Электронный ресурс]: [Официальный сайт АО «Муромский приборостроительный завод»] - Электрон. дан. - Режим доступа: URL: http://www.mpzflame.ru/produktsiya/sredstva-initsiirovaniya-dlya-sictem-pozharotusheniya/tolkateli-dlya-peremeshheniya-ispolnitel-ny-h-ustrojstv; Драйверы компании Metron [Электронный ресурс]: [Проспект компании Chemringenergeticsuk] - Электрон. дан. - Режим доступа: URL: http://static6.arrow.com/aropdfconversion/7865865066a44f8abdc703502fb5396f57df1c0c/metron20a520brochure.pdf; Драйверы компании Monetti [Электронный ресурс]: [Официальный сайт компании Monetti] - Электрон. дан. - Режим доступа: URL: https://www.monettiactuators.com/