УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПРИ ЕГО ОТДЕЛЕНИИ ОТ НОСИТЕЛЯ

Полезная модель относится к области выталкивающих систем и устройств в судостроении, а именно к устройствам для отделения подводных аппаратов от морского подвижного носителя.
Известна полезная модель «Устройство для выпуска подводных аппаратов» по Пат. РФ №97506, F41F 3/10, 2010 г., содержащая заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, которое также выполняет функцию тормозного устройства для поршня. Поршень имеет возможность перемещения вдоль пусковой трубы, и совместно с кольцом обтюрации обеспечивает поперечную фиксацию подводного аппарата. Устройство содержит баллон с газом высокого давления, а также пусковой с электромагнитным приводом и основной клапаны регулятора проходного сечения. Пусковая труба устройства выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен баллон с образованием расширительной полости между поршнем и баллоном, при этом в расширительной полости установлены упоры для начальной фиксации положения поршня и расположена выходная магистраль основного клапана, размещенного в корпусе баллона.
К недостаткам аналога можно отнести отсутствие регулирующих в зависимости от глубины срабатывания или текущего давления в баллоне расход воздуха элементов, что приводит к невозможности обеспечить малую величину разброса (в пределах нескольких метров в секунду) выходной скорости выпускаемого подводного аппарата в широком диапазоне глубин использования устройства.
Наиболее близкой по физическому принципу регулирования воздуха к заявляемому техническому решению является полезная модель «Транспортно-пусковой контейнер» по Пат. РФ №87511, F41F 3/10, 2009 г., содержащая заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, пусковое устройство, включающее клапаны и поршень, установленный с возможностью его перемещения вдоль пусковой трубы, и баллон с воздухом высокого давления (ВВД). При этом пусковая труба выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен баллон с образованием расширительной полости между поршнем пускового устройства и последним, в расширительной полости установлены упоры для фиксации положения поршня и расположены пусковой клапан и выходная магистраль основного клапана, размещенного в части корпуса баллона, герметизирующей расширительную полость пускового устройства. Проходное сечение основного клапана закономерно увеличивается во время пуска подводного аппарата таким образом, что при падении давления в ресивере до 0,95-0,9 от первоначального сечение составляет 0,7-0,6 от максимального, а полное раскрытие происходит при остаточном давлении в ресивере, составляющем 0,75-0,85 от начального.
Сравнительно большая расширительная полость (20-45% от объема ресивера) в сочетании с заявленным законом проходного сечения регулятора воздуха высокого давления (ВВД) от его текущего значения в ресивере обеспечивают в автоматическом режиме пуск подводного аппарата с необходимой выходной скоростью в требуемом диапазоне глубин погружения морского подвижного носителя при наличии только управляющего электросигнала на электромагнитном приводе пускового клапана сечением 5-10% от суммарного полного проходного сечения регулятора.
К недостаткам прототипа можно отнести большие массогабаритные характеристики пускового клапана, несущего основную нагрузку по перепуску воздуха на малых глубинах, и занимающего существенную часть объема расширительной полости, а также сложную конструкцию расположенного внутри ресивера основного двухрежимного клапана.
Заявляемая полезная модель решает задачи упрощения конструкции регулятора ВВД и процесса наладки работы входящих в его состав клапанов при производстве, а также повышения качества регулирования расхода воздуха, создающего выталкивающий подводный аппарат силовой импульс, в зависимости от противодействующего гидростатического давления, за счет учета действующего на процесс срабатывания клапанов давления в рабочей полости, определяемого внешним гидростатическим давлением.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является достижение более высокой технологичности его конструкции, а также упрощение операций по его настройке и проверке работоспособности в условиях массового производства.
Решение поставленной задачи достигается тем, что конструкция устройства содержит заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части и свободно перемещающимся по ней поршнем, к торцевой части которого прикреплена регулирующая спица, располагаемая в исходном положении внутри выходной магистрали регулятора ВВД. В состав устройства входит баллон с воздухом высокого давления (ВВД), а также выполненная отдельно от баллона промежуточная секция с расположенными в ней стартовым электрическим элементом, пусковым клапаном и клапанами регулятора ВВД, корпус которой совместно с поршнем и пусковой трубой образует расширительную полость, в которой установлены упоры для начальной фиксации положения поршня.
Особенностью конструкции устройства является то, что корпуса нормально закрытых пускового клапана и, по меньшей мере, двух клапанов разных или одинаковых проходных сечений регулятора ВВД располагаются в унифицированных пазах внутри промежуточной секции. Проходные полости всех клапанов соединены с выходной магистралью регулятора ВВД, а моменты открытия клапанов регулятора ВВД зависят от текущих значений давления в баллоне ВВД и в расширительной полости и подбираются за счет изменения разностей площадей уплотняемых поверхностей и усилия установочных пружин. То, что корпуса клапанов монтируются в унифицированных пазах (например, ввариваются в них на заключительной стадии сборки промежуточной секции устройства), позволяет производить отладку их работы по отдельности, добиваясь срабатывания каждого из клапанов при определяемых величинах разности давлений.
Также предлагаемое устройство характеризуется тем, что суммарная площадь проходных сечений пускового клапана и клапанов регулятора ВВД равна площади проходного сечения выходной магистрали регулятора ВВД.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими эскизами:
- на фиг. 1 показано общее устройство модели (продольный разрез);
- на фиг. 2 показан разрез промежуточной секции, в которой расположены регулятор ВВД и его выходная магистраль, а также пусковой клапан (из выходной магистрали регулятора ВВД удалена регулирующая спица);
- на фиг. 3 изображен вид на отсоединенную промежуточную секцию со стороны присоединяемого баллона.
На фиг. 1 изображен общий вид полезной модели в разрезе, на котором подводный аппарат 1 размещен в пусковой трубе 2, расточенной под поршень 3, с неподвижно установленным в ее передней части обтюрирующим кольцом 4, образующим с внутренней поверхностью пусковой трубы демпфирующую полость 5, по размерам согласованную с кольцевым плунжером 6 поршня 3.
Подводный аппарат опирается головной частью на обтюрирующее кольцо 4, а челноками 7 - на пазы 8. При транспортировке и хранении в продольном направлении перемещение аппарата ограничивают кольцевой буфер 9 и разрывная мембрана 10, которая герметизирует внутренний, заполненный жидкостью с добавлением ингибитора объем пусковой трубы 2. Начальная фиксация поршня 3 от разворота относительно его продольной оси обеспечивается упорами 11.
С другой стороны трубы 2 герметично пристыкована промежуточная секция 12, образующая совместно с поршнем 3 расширительную полость 13. К противоположному торцу секции 12 герметично привернут с образованием замкнутого объема корпус баллона 14. Сквозь корпус промежуточной секции 12 проходит выходная магистраль 15 регулятора ВВД, во внутренней полости которой располагается регулирующая спица 16, прикрепленная к торцевой части поршня 3.
В корпусе промежуточной секции 12 выполнены сквозные унифицированные пазы, внутри которых располагаются (герметично вварены или присоединены с применением мелкомодульной резьбы и герметизированы уплотнительными кольцами) корпус 17 пускового клапана 18 и корпуса 19 клапанов 20 регулятора ВВД (на фиг. 1 показан только один из клапанов 20). Пусковой клапан 18 в исходном положении герметично закрыт, что обеспечивается усилием установочной пружины 21 и внутренним давлением воздуха в полости баллона 14. Клапана 20 регулятора ВВД также в исходном положении закрыты за счет усилий установочных пружин 22 и давления ВВД в баллоне 14. Проходная полость 23 пускового клапана 18 и проходные полости 24 клапанов 20 регулятора ВВД соединены с внутренней полостью выходной магистрали 15 регулятора ВВД, которая, в свою очередь, выходит в расширительную полость 13.
Продольный разрез промежуточной секции 12 показан на фиг. 2. Пусковой клапан 18 имеет герметично отделенную от расширительной полости 13 управляющую полость 25, соединенную посредством канала 26 со стартовым электрическим элементом, который при подаче дистанционного сигнала о начале пуска обеспечивает соединение канала 26 с полостью 14 баллона. Управляющая полость 25 замыкается сверху поршнем 27, имеющим площадь лабиринтного уплотнения большую, чем площадь уплотнительного элемента пускового клапана 18. Клапана 20 регулятора ВВД также имеют поршни 28, площадь лабиринтного уплотнения которых превышает площадь их уплотнительных элементов.
На фиг. 3 представлен вид на отсоединенную промежуточную секцию 12 со стороны присоединяемого баллона 14. Пунктиром обозначен расположенный внутри промежуточной секции 12 стартовый электрический элемент 29.
Решение поставленной перед устройством для формирования скорости подводного аппарата при его отделении от носителя задачи реализуется следующим образом.
При изготовлении промежуточной секции 12 работа каждого из клапанов 20 регулятора ВВД, собранных в готовом к установке в секцию виде отлаживается на стенде, так же, как и работа пускового клапана 18. При этом унифицированные габаритные размеры корпусов 19 и корпуса 17 позволяют использовать один стенд без проведения специальных регулировок под указанные размеры. В ходе наладки клапанов 18 и 20 устраняется влияние неточности изготовления размеров частей клапанов и усилий установочных пружин 21 и 22 на работу клапанов. Производится контроль срабатывания клапанов 18 и 20 при заданных разностях давлений. После этого отрегулированные клапана монтируются в унифицированные пазы промежуточной секции 12 и производится окончательный контроль работы всей системы в целом, для чего также используется стенд, имеющий заданные монтажные размеры.
Собранные устройства транспортируются на базу приготовления, где в баллон 14 набирается воздух высокого давления, а во внутреннюю полость пусковой трубы 2 - жидкость с добавлением ингибитора.
После подачи устройства на носитель на глубине подводный аппарат 1 будет находиться в жидкости под забортным давлением вследствие малой жесткости мембраны 10. До момента начала пуска подводного аппарата расширительная полость 13, управляющая полость 25, а также полости 23 и 24 будут находиться под атмосферным давлением, остающимся в них с момента герметичного соединения на базе пусковой трубы 2 и промежуточной секции 12.
Осуществление пуска и формирования скорости подводного аппарата при его отделении от носителя производится подачей электропитания на привод стартового электрического элемента 29, который открывает доступ воздуха под давлением из полости баллона 14 через канал 26 в управляющую полость 25 пускового клапана 18. При уравнивании давления в управляющей полости 25 и во внутренней полости баллона 14, за счет разности уплотняемых поверхностей поршня 27 и клапана 18, пусковой клапан 18 откроется, обеспечивая доступ воздуха высокого давления из полости баллона 14 в проходную полость 23, а из нее - в выходную магистраль 15.
Из выходной магистрали 15 воздух, через кольцевой зазор между внутренней стенкой магистрали 15 и наружной поверхностью регулирующей спицы 16, поступает в расширительную полость 13, обеспечивая повышение давления в ней выше забортного. Поршень 3, перемещаясь вдоль пусковой трубы и компенсируя потерю воды через обтюрацию, обеспечивает ускоренное по отношению к нему движение подводного аппарата 1, так как площадь поршня 3 больше площади калиброванной части подводного аппарата, находящейся на срезе кольца 4 обтюрации. Также движение поршня вызывает увеличение проходного сечения, через которое воздух поступает в расширительную полость, за счет вытягивания из выходной магистрали 15 регулирующей спицы 16.
В конце разгона подводного аппарата 1 поршень 3 тормозится и затем останавливается, так как кольцевой плунжер 6 сжимает в демпфирующей полости 5 жидкость, постепенно выжимая ее под образующимся повышенным давлением через уменьшающееся с перемещением поршня сечение.
При этом время, требуемое для выталкивания подводного аппарата из пусковой трубы, существенно зависит от глубины нахождения носителя. На малой глубине выталкивание происходит быстро и требует малого количества воздуха, а на большой оно происходит дольше, и, соответственно, требует большего расхода воздуха. Также расход воздуха должен увеличиваться по мере движения поршня 3 и соответствующего ему увеличения расширительной полости 13 для поддержания в ней давления воздуха, создающего импульс, выталкивающий подводный аппарат 1.
Предлагаемый регулятор ВВД позволяет обеспечить регулирование расхода воздуха в зависимости от глубины погружения носителя за счет того, что по мере падения давления в баллоне 14 и нарастания давления в расширительной полости 13 изменяются силы, действующие на поршни 28 и клапана 20 регулятора ВВД. При этом, чем больше глубина погружения носителя, тем выше давление в расширительной полости 13 (его величина напрямую зависит от глубины, на которой осуществляется пуск) и, соответственно, ниже давление в баллоне 14.
На малой глубине погружения носителя разность давлений, действующих на уплотняемые поверхности поршней 28 и клапанов 20 регулятора ВВД, обеспечит открытие только одного из клапанов 20, на средней глубине произойдет срабатывание двух клапанов 20, на большой - сработают все клапана. Соответственно, регулировка работы клапанов 20 и их количество определяются в зависимости от диапазона глубин, на которых предполагается выпускать подводный аппарат 1, а также исходя из величины скорости подводного аппарата при его отделении от носителя, которую необходимо сформировать.
Регулирующая спица 16 при этом обеспечивает плавность увеличения проходного сечения выходной магистрали 15 и позволяет избежать возникновения ускорений, превышающих максимально допустимые значения, которые определяются в зависимости от массы и размеров отделяемого подводного аппарата 1.
Таким образом решается поставленная перед полезной моделью техническая задача.