УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО ПОГРУЖЕНИЯ И ВСПЛЫТИЯ МОРСКОГО БУЯ
DEVICE FOR CYCLIC IMMERSION AND SURFACING OF SEA BUOY

Изобретение относится к морской технике и может быть использовано в станциях для проведения комплексных наблюдений за динамикой водной среды, ее химико-биологического контроля.
Изобретение относится к способам устройства буя для циклического всплытия и погружения в условиях морской воды на различные глубины, рассчитанное на несколько циклов в автономном режиме.
Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении возможности зондировать водную среду практически на любую глубину и упрощает конструкцию системы с обеспечением ее живучести.
Наиболее близкими к данному изобретению являются патенты: 2297939, 2096247, 2090431, 2025395, 2006419, 2297939, 2406640. Последний патент наиболее близкий к заявленному принимается за прототип и представляет циклическую автономную гидрофизическую станцию вертикального профилирования содержит измерительный модуль, донную лебедку, донный блок и пассивный измерительный модуль. Измерительный модуль и пассивный измерительный модуль имеют положительную плавучесть. Измерительный модуль соединен при помощи троса с пассивным измерительным модулем, причем трос проходит через обводной барабан лебедки и донный блок. Измерительный модуль включает в себя управляющий процессор, измерительные датчики, УКВ или спутниковый радиомодем, гидроакустическую систему связи с лебедкой. Достигается возможность одновременного проведения измерений на разных глубинах, а также уменьшение энергозатрат на перемещение измерительного модуля в слоях водной среды.
Недостатками всех цитируемых патентов является наличие лебедки, барабана, донного блока и необходимых при этом тросов, а в некоторых случаях наличие внешних емкостей, которые осуществляют всплытие и погружение как на подводных лодках.
В предлагаемой нами конструкции буя все это отсутствует. Положительная и отрицательная циклическая плавучесть буя обеспечивается за счет электролиза морской воды. При погружении буя морская вода заполняет балластные емкости 2 и 4 через сквозные отверстия 9, выполненные в донных частях внешней и внутренней электролизных камер по всему периметру, и по команде от блока управления 6, где также находятся датчики глубины, открываются верхние заливные и выпускные отверстия, снабженные клапанами с приводами 1. Верхние клапаны 1 представляют собой электромагнитные клапаны, для открытия и закрытия которых подается электрический импульс через блок управления 6, запитываемый также от аккумуляторной электрической батареи 7. Батарея 7 осуществляет электролиз морской воды через катод 3 с выделением водорода во внутреннюю цилиндрическую электролизную камеру 2, которая одновременно и является внутренней балластной емкостью и через анод 5 с выделением кислорода в кольцевую электролизную камеру 4, которая тоже является балластной емкостью. Эти электролизные камеры сделаны раздельно во избежании смешения водорода с кислородом и взрыва этой смеси (гремучий газ) от случайной искры. В результате электролиза в основном выделяется водород и кислород, которые вытесняют морскую воду из автономных балластных емкостей после погружения на заданную глубину, которую отслеживает датчик глубины, расположенный в блоке управления 6. На заданной глубине верхние клапаны по команде от блока управления 6 закрываются и одновременно от того же блока управления подается сигнал на подачу напряжения от аккумуляторной батареи 7 на анод 5 и катод 3. После этого начинается электролиз морской воды и обебалластные емкости заполняются соответствующими газами, которые вытесняют не прореагированную воду через нижние сквозные отверстия 9. При этом возникает положительная плавучесть буя, и он всплывает на поверхность. Далее опять по команде с блока управления 6 открываются электромагнитные верхние клапаны 1, выпускается водород и кислород из балластных емкостей 2 и 4, и они заполняются водой через открытые клапаны 1 и сквозные отверстия 9, возникает отрицательная плавучесть и буй погружается на заданную глубину по датчику глубины в блоке управления 6.
Блок управления может работать автономно, т.е. датчик глубины показывает наружное давление 1 атм, и от него идет импульс на открытие электроклапанов 1, т.е. на выпуск газов из полостей и соответственно на заполнение полостей буя водой, после чего он идет на погружение до заданной глубины по датчику давления. При достижении заданной глубины датчик давления дает команду на закрытие верхних клапанов и на подачу тока на процесс электролиза, т.е. на выработку водорода и кислорода.
Блок управления также может быть запрограммирован и с помощью реле времени и команды на открытие или закрытия верхних клапанов и включения процесса электролиза могут осуществляться через запрограммированное реле времени.
Блок управления может также работать по командам с надводного или подводного командного пункта.
Заявленное устройство представлено на чертежах.
Фиг. 1 - конструкции буя.
Фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства.
В предлагаемой конструкции электролизу подвержена морская вода в двух внутренних полостях буя 2 и 4. Во внутренней цилиндрической балластной емкости 2 расположен катод 3 в виде цилиндрического диска изактивированного алюминия - непременно для большей эффективности электролиза он должен быть расположен в нижней части балластной емкости (колокола) 2. На катоде 3 выделяется водород.
Кольцевая балластная емкость 4 - это полость выделения кислорода на аноде 5. Анодом является кольцевой анод прямоугольного сечения 5, поверхность которого образована не вращением круга вокруг центральной оси, как у тора, а вращением квадрата.. Две полости сделаны автономно для отделения водорода от кислорода в целях предотвращения образования гремучего газа. Кроме того, у водорода и кислорода растворимость в воде отличается в несколько раз. Кислород растворяется в воде лучше, чем водород.
Материалом буя может служить алюминиевый сплав, не подверженный коррозии в морской воде, нержавеющая сталь и даже пластик, не подверженный разрушению в морской воде.
Соединение двух полостей происходит только напротив катода и анода в виде щелевых окон в нижней части буя. Для лучшей циркуляции электролита в районе расположения боковых поверхностей анода и катода сделаны щелевые отверстия 8 по кольцу, при этом расстояние между катодом и анодом устанавливается в пределах 20-40 мм в зависимости от солености морской воды, напряжения на клеммах применяемой аккумуляторной батареи и временного цикла на всплытие буя.
Для осуществления электролиза в нижней части внутри буя установлен аккумулятор тока 5, который включается от датчика давления в блоке управления 6 при достижении нужной глубины.
Верхняя и нижняя часть буя выполнена в виде полусфер для лучшего обтекания водой при всплытии и погружении. На схеме рис. 1 показано схематично только устройство буя, но не его внешний вид.
Устройство работает следующим образом.
При погружении в воду в начале работы буй обладает небольшой положительной плавучестью так, чтобы наповерхности была видна лишь небольшая верхняя часть буя с клапанами сброса и закрытия 1. По команде от датчика давления открываются клапаны сброса 1 и все полости буя заполняются морской водой, буй теряет положительную плавучесть и погружается на нужную глубину, которую отслеживает датчик давления по глубине 6.
Верхние клапаны закрываются, а нижние сквозные отверстия 9 всегда остаются открытыми. Нижние отверстия конструктивно располагаются ниже катода и анода.
По датчику давления закрываются верхние электромагнитные клапаны 1 от тока аккумуляторной батареи и одновременно подается напряжение на электроды, после чего начинает выделяться водород и кислород, которые вытесняют не прореагировавшую морскую воду через нижние отверстия сброса 9 в окружающую среду. Верхние клапаны 1 в этот момент закрыты. Вытеснение воды из полостей буя происходит вследствие скапливания в верхней части балластных емкостей 2 и 4 кислорода и водорода, которые своим давлением, немного превосходящим давление окружающей среды, например 0,1-0,2 атм выдавливают воду через нижние отверстия 9, после чего буй приобретает положительную плавучесть и поднимается к поверхности.
Для дальнейшего погружения буя открываются по команде датчика давления 6 верхние стравливающие клапаны 1 и водород уходит в атмосферу и через нижние сквозные отверстия 9 и открытые верхние клапаны 1 буй заполняется водой и идет на погружение. Таким образом происходит циклическое погружение и всплытие морского буя.