Комплекс для заполнения секций буксируемой сейсмокосы
COMPLEX FOR FILLING THE SECTIONS OF TOWED SEISMIC

Область техники
Заявляемое техническое решение относится к области сейсморазведки буксируемыми сейсмокосами и предназначено для закачки заполнителей в секции сейсмокос для придания последним нейтральной плавучести.
Предшествующий уровень техники
Известен аппарат для изготовления секций морских сейсмокос (патент US7142481 на изобретение, МПК G01V 1/20, H01B 7/12, B29C 44/12, 2006). Как и в заявляемом техническом решении, указанный аналог содержит средство натяжения заготовки изготавливаемой секции (силового каркаса) и средство заполнения секции, снабженное бункером для заполнителя. При этом в отличие от заявленного решения средство натяжения заготовки секции имеет два конвейера — натяжной и разгрузочный.  До экструдера — в натяжном конвейере — силовое воздействие натяжения происходит не только на силовой каркас, но также и на все другие элементы заготовки — на поплавки и другие проставки с датчиками, жгут проводов. После экструдера — в конвейере снятия нагрузки — силовое воздействие натяжения происходит на оболочку изготовленной секции. Оболочка секции формируется после отверждения заполнителя вокруг заготовки секции.
Несмотря на компактность аппарата по указанному аналогу, его средство натяжения заготовки секции имеет конструкцию, не позволяющую выполнить натяжение силового каркаса для достаточного удаления из его волокнистого материала остатков воздуха. Это вызвано тем, что натяжение заготовок секции происходит не воздействием только непосредственно на элементы каркаса, а механическим воздействием и на другие, более хрупкие элементы секции.
Формирование оболочки секции после заполнения не позволяет использовать в качестве заполнителей жидкости, а также производить заполнение ранее изготовленных жидкостно-наполненных секций, например, потерявших герметичность или в порядке усовершенствования наполнителя.
Непрерывность процесса изготовления секции не позволяет выявить наличие и тем более исправить брак (остатки воздуха) оперативно, в области заполнения из экструдера, что откладывает устранение этого брака на более поздние этапы контроля.
Раскрытие заявляемого технического решения
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества заполнения секций заполнителями.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является оперативное выявление и устранение воздушных пустот при заполнении секции.
Другим техническим результатом является повышение максимально допустимого усилия натяжения секции при выполнении работ по ее заполнению.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что комплекс для заполнения секций буксируемой сейсмокосы содержит средство натяжения секции, средство заполнения секции, снабженное баком, соединенным магистралью заполнителя с закачивающим устройством. Отличается тем, что средство натяжения секции выполнено с обеспечением возможности  приложения сил механического натяжения к головной и хвостовой муфтам секции, а средство заполнения секции дополнительно содержит передвижной каркас с установленными на нем роликами, выполненный с возможностью формирования локального вертикального участка в любом месте заполняемой секции.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «оперативное выявление и устранение воздушных пустот при заполнении секции».
Технический результат «повышение максимально допустимого усилия натяжения секции при выполнении работ по ее заполнению» достигается за счет того, что средство натяжения секции выполнено с обеспечением возможности  приложения сил механического натяжения к головной и хвостовой муфтам секции.
В известных из уровня техники секциях каркас механически зафиксирован в головной и хвостовой муфтах, имеет меньшую длину относительно жгута проводов, а оболочка является более эластичной, чем каркас. По этой причине выполнение средства натяжения секции с обеспечением приложения сил механического натяжения к головной и хвостовой муфтам секции означает передачу этого натяжения только на каркас секции. Это обеспечивает возможность увеличения нагрузок натяжения секции при ее заполнении до значений, допустимых для каркаса.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Средство натяжения секции предпочтительно содержит неподвижный кронштейн, динамометр, головной зацеп, компенсатор, хвостовой зацеп, подвижную площадку, направляющий профиль, натяжную лебедку с тросом. При этом неподвижный кронштейн через динамометр соединен с головным зацепом, в котором закреплена головная муфта компенсатора, хвостовая муфта которого выполнена с возможностью соединения с головной муфтой секции. Компенсатор выполнен гибким с обеспечением возможности передачи механического тягового усилия. Хвостовой зацеп жестко закреплен на подвижной площадке и выполнен с возможностью закрепления  в нем хвостовой муфты секции с обеспечением возможности установки на этой муфте закачивающего устройства. Подвижная площадка выполнена с возможностью движения вдоль прямой натяжения секции и установлена на неподвижном направляющем профиле на четырех роликах-подшипниках. К подвижной площадке закреплен конец троса натяжной лебедки. Комплекс целесообразно также снабжать средством электронной проверки секции. Это средство включает нагрузочный электронный модуль и стенд проверки секции, электрически соединенный палубным кабелем с разъемом на торце головной муфты компенсатора. Головной зацеп при этом выполнен с обеспечением возможности подключения палубного кабеля к разъему на торце головной муфты компенсатора, а компенсатор дополнительно выполнен с обеспечением возможности передачи электрических сигналов от разъема в своей хвостовой муфте к разъему в головной муфте. Головной зацеп желательно выполнять сборным V-образным, чтобы его средняя часть охватывала и удерживала цилиндрическую боковую поверхность головной муфты компенсатора, а свободные концы с помощью гибких тяг были соединены с динамометром.
Магистраль заполнителя предпочтительно снабжена концевыми шаровыми кранами и соединена с баком снизу, а сверху бак снабжен заливной горловиной и золотником подачи сжатого газа. При этом средство заполнения секции может быть снабжено первым манометром, установленным в месте соединения магистрали заполнителя с закачивающим устройством, и вторым манометром, установленным на золотнике.
Передвижной каркас средства заполнения секции может быть снабжен головной, обводной и хвостовой группами роликов. При этом головная группа роликов выполнена с обеспечением возможности изменения ориентации секции с горизонтального на вертикальное восходящее, обводная группа роликов выполнена с обеспечением возможности изменения ориентации секции с вертикального восходящего на вертикальное нисходящее, хвостовая группа роликов выполнена с обеспечением возможности изменения ориентации секции с вертикального нисходящего на горизонтальное. Передвижной каркас снабжен двумя колесами и двумя катками, установленными в направляющем желобе. Первый ролик головной группы и последний ролик хвостовой группы предпочтительно расположены так, чтобы касательные к ним в точках, соответственно, первого и последнего контакта секции с передвижным каркасом средства заполнения секции были расположены на одной прямой с векторами сил натяжения на концах соединенных друг с другом секции и компенсатора. Передвижной каркас средства заполнения секции целесообразно снабжать тяговой лебедкой.
Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение указанных технических результатов.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема комплекса с положением роликовой горки в крайней (финальной) позиции.
Осуществление технического решения.
Комплекс для заполнения секций буксируемой сейсмокосы состоит из средства натяжения секции, средства заполнения секции и средства электронной проверки секции.
Средство натяжения секции предназначено для горизонтального натяжения заполняемой 75-метровой секции за ее головную и хвостовую муфты и поддержания ее в натянутом состоянии на всем протяжении работ по ее заполнению. Натяжение секции указанным образом позволяет сделать натяжение достаточным, чтобы эффективно минимизировать наличие воздуха в волокнистой структуре кевлара, входящего в состав силового каркаса секции.
Средство натяжения секции состоит из следующих конструктивных элементов:
- кронштейн (1);
- динамометр (2);
- головной зацеп (3);
- компенсатор (4);
- хвостовой зацеп (5);
- подвижная площадка (6);
- направляющий профиль (7);
- натяжная лебедка (8) с тросом (9).
Динамометр (2) выполнен цифровым и одним концом закреплен к неподвижному кронштейну (1). Динамометр (2) позволяет контролировать силу натяжения секции. Предпочтительно крепление динамометра выполнять быстроразъемным, например, с помощью крюка, закрепленного в кронштейне (1).
Другой конец динамометра (2) через головной зацеп (3) соединен с головной муфтой компенсатора (4). Головной зацеп (3) выполнен с возможностью подключения палубного кабеля (26) к торцу головной муфты компенсатора (4). Для этого головной зацеп (3) выполнен сборным V-образным, его средняя часть охватывает и надежно удерживает цилиндрическую боковую поверхность головной муфты компенсатора (4), а свободные концы с помощью гибких тяг, например, цепей, соединены с динамометром (2).
Компенсатор (4) представляет собой технологический удлинитель длиной около 7 метров, имеющий, аналогично секции, соединительные муфты с разъемами, поплавочно-кевларовый каркас, жгут проводов. Компенсатор (4), проходя через роликовую горку (16), позволяет качественно заполнить конечный участок секции (100). По этой причине длина компенсатора (4) рассчитана таким образом, чтобы при крайнем положении роликовой горки (16) вблизи головного зацепа (3) компенсатор располагался по рабочей длине роликовой горки (16) до группы хвостовых роликов (20). Компенсатор (4) также обеспечивает электрическое соединение секции со средством электронной проверки секции.
Как упомянуто выше, головная муфта компенсатора (4) механически удерживается головным зацепом (3). Хвостовая муфта компенсатора (4) предназначена для непосредственного механического и электрического соединения с головной муфтой заполняемой секции (100).
Хвостовой зацеп (5), жестко закрепленный на подвижной площадке (6), предназначен для механического соединения с хвостовой муфтой заполняемой секции (100). Хвостовой зацеп (5) выполнен с возможностью подключения нагрузочного электронного модуля (27) к торцу хвостовой муфты секции, а также установки на этой муфте закачивающего устройства (10).
Подвижная площадка (6) выполнена с возможностью движения вдоль прямой натяжения секции. При этом площадка (6) установлена на неподвижном направляющем профиле (7) на четырех роликах-подшипниках.
К подвижной площадке (6) закреплен конец троса (9) натяжной лебедки (8). Натяжная лебедка (8) выполнена ручной и предназначена для натяжения секции с силой до 5 кН.
Средство заполнения секции состоит из следующих конструктивных элементов:
- закачивающего устройства (10);
- первого манометра (11);
- магистрали заполнителя (12) с концевыми шаровыми кранами;
- бака (14);
- второго манометра (15);
- воздушного компрессора (не показан);
- роликовой горки (16).
Закачивающее устройство (10) предназначено для стыковки выполненного в хвостовой муфте секции штатного разъема для заполнителя со средством заполнения секции заявляемого комплекса. Закачивающее устройство (10) может быть выполнено в виде любого известного закачивающего устройства, например, известного из патента RU1081594 заливочного устройства для морских жидкостно-наполненных сейсмокос.
Первый манометр (11) установлен в месте соединения магистрали заполнителя (12) с закачивающим устройством (10) и предназначен для контроля давления в заполняемой секции.
Магистраль заполнителя (12) предназначена для подачи заполнителя из бака (14) в закачивающее устройство (10) и выполнена в виде витого трубопровода.
Бак (14) объемом 150 л предназначен для временного хранения заполнителя в количестве, достаточном для полного заполнения по меньшей мере одной секции буксируемой сейсмокосы. Расчет конструкции бака производится на давление 0,6 МПа. Снизу бак (14) соединен с магистралью заполнителя (12) через один из шаровых кранов. Сверху бак (14) снабжен заливной горловиной для заполнителя и золотником для подачи под давлением воздуха от воздушного компрессора. Золотник может быть также встроен в заливную горловину. Внутри бак (14) снабжен каучуковой мембраной (17), размещенной на границе заполнитель — воздух. Мембрана (17) предназначена для исключения попадания воздуха в заполняемую секцию на конечном этапе заполнения при ограниченном объеме заполнителя в баке (14), а также при использовании в качестве заполнителя гелевой смеси, т.к. продолжительный контакт с воздухом в баке (14) неотвержденной гелевой смеси ухудшает ее химические и физические характеристики.
Применение бака (14) вместо насосов закачки позволяет исключить насыщение заполнителя воздушно-пузырьковыми взвесями.
Второй манометр (15) предназначен для контроля давления подаваемого в бак (14) воздуха.
Роликовая горка (16) представляет собой передвижной каркас с установленными на нем группами головных (18), обводных (19) и хвостовых (20) роликов. Роликовая горка (16) при этом выполнена с возможностью формирования локального вертикального участка в любом месте заполняемой секции. Целесообразно, чтобы первый ролик головной группы и последний ролик хвостовой группы располагались так, чтобы касательные к ним в точках, соответственно, первого и последнего контакта секции с роликовой горкой (16) были расположены на одной прямой с векторами сил натяжения на концах секции с компенсатором (4) (сил натяжения, действующих на головную муфту компенсатора (4) и хвостовую муфту секции (100)). Группа головных роликов (18) предназначена для изменения направления натянутой секции с горизонтального на вертикальное восходящее. Группа обводных роликов (19) предназначена для изменения направления натянутой секции с вертикального восходящего на вертикальное нисходящее. Группа хвостовых роликов (20) предназначена для изменения направления натянутой секции с вертикального нисходящего на горизонтальное. При этом между последним роликом обводной группы (19) и первым роликом хвостовой группы (20) формируется вертикальный участок, на котором и производится контроль качества заполнения и удаление воздуха из секции. Высота этого участка от 0,6 до 1 м.
Для перемещения вдоль секции роликовая горка (16) снабжена двумя катками (21) и двумя колесами (22). Катки (21) движутся в направляющем желобе (23), неподвижно установленном вдоль линии натяжения секции по всей ее длине. Направляющий желоб (23) выполнен из тринадцати шестиметровых облегченных штампованных швеллеров, на полках каждого из которых вблизи торцов  наварены по два металлических штыря. Штыри предназначены для установки в огильзованные отверстия в полу цеха, в котором смонтирован заявляемый комплекс.
Тяговое усилие для перемещения роликовой горки (16) обеспечивается тяговой лебедкой (24), например, ручной лебедкой ЛР-1 производства «Производственной Компании МОДУЛЬ», г. Тверь, www.modul-t.ru, с запасом троса 75 м и диаметром троса 5 мм. Лебедка (24) установлена на роликовой горке (16), а конец ее троса закреплен к неподвижному основанию вблизи кронштейна (1).
Средство электронной проверки секции обеспечивает возможность мониторинга на отказ работы телеметрических, канальных линий секции, ее электронного модуля в процессе заполнения. Это средство состоит из следующих конструктивных элементов:
- стенда проверки секций (25);
- палубного кабеля (26);
- нагрузочного электронного модуля (27).
Стенд проверки секций (25) представляет собой любое известное устройство, позволяющее формировать сигналы для проверки электрических цепей секции, считывать отклик секции на эти сигналы и определять работоспособность секций.
Палубный кабель (26) предназначен для электрического соединения стенда проверки секций (25) с секцией (100) через компенсатор (4).
Нагрузочный электронный модуль (27) предназначен для подключения к хвостовой муфте секции (100) и служит целям согласования электрических цепей секции со стендом проверки секций (25).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, порядок соединения конструктивных элементов средства натяжения секций может быть иным. Динамометр (2) может быть размещен между подвижной площадкой (6) и натяжной лебедкой (8). Динамометр может быть встроен в лебедку (8).
Каждая из групп роликов (18), (19), (20) может быть заменена одним роликом. Однако, если ролики будут иметь малый диаметр, это может привести к повреждению секции при ее изгибе под нагрузкой по малому радиусу кривизны. Использование роликов большого диаметра увеличивает размер и материалоемкость конструкции.
Тяговая лебедка (24) может быть заменена приводом на один или оба катка (21), которые в этом случае могут представлять собой шестерни, входящие в зацепление с зубьями направляющего желоба (23).
Воздушный компрессор может быть заменен генератором инертного газа для целей снижения возможной реакции заполнителя с кислородом воздуха в баке (14).
Порядок использования.
При использовании комплекса роликовую горку (16) располагают в начальном положении вблизи хвостового зацепа (5).
Шаровые краны магистрали заполнителя (12) в начальном положении закрыты. Через заливную горловину заливают в бак (14) заполнитель, размещают мембрану (17) поверх заполнителя. Через золотник подают в бак (14) воздух под давлением от 0,1 до 0,3 МПа. Давление воздуха в баке (14) контролируют по второму манометру (15).
Один конец секции (100) сейсмокосы, подлежащей заполнению, соединяют с компенсатором (4). Другой конец секции (100) пропускают через ролики горки (16) и закрепляют в хвостовом зацепе (5). Закачивающее устройство (10) подключают к разъему для заполнителя секции (100).
К торцам секции (100) подключают палубный кабель (26) и нагрузочный электронный модуль (27). Включают стенд проверки секций (25) и с этого момента до окончания заполнения производят контроль и регистрацию состояния электронных компонентов секции (100).
Затем с помощью натяжной лебедки (8) натягивают секцию (100) до заданной нагрузки, при которой волокна кевлара в секции максимально обжимаются в плотный пучок и исключается наличие воздушных пустот. Расчетная минимальная нагрузка для этого составляет от 2 до 2,5 кН. Натяжение контролируют по динамометру (2).
Затем открытием концевых шаровых кранов магистрали заполнителя (12) обеспечивают поступление заполнителя в секцию (100). Давление, под которым  заполнитель поступает в секцию, контролируют по первому манометру (11).
После того как граница раздела заполнитель-воздух в секции (100) достигнет вертикального участка секции, расположенного между хвостовыми роликами (20) и обводными роликами (19), передвигают роликовую горку (16) так, чтобы упомянутая граница по мере заполнения секции была между упомянутыми роликами. Этим обеспечивается вертикальная ориентация участка секции (100), где расположена упомянутая граница.
При этом осуществляют постоянный визуальный контроль качества заполнения секции. При обнаружении пузырьков воздуха в только что заполненном участке незамедлительно предпринимают меры по перемещению этих пузырьков к границе раздела заполнитель-воздух, пока эта граница расположена близко. При необходимости одновременно снижают скорость подачи заполнителя в секцию или полностью прекращают его подачу.
Роликовая горка обеспечивает дополнительные к натяжению механические нагрузки на секцию в процессе ее заполнения — изгибы под нагрузкой в разных направлениях, циклические вибровоздействия. создаваемые в момент прохождения поплавков секции через ролики.
При возникновении ошибок, выдаваемых стендом проверки секций (25), заполнение секции (100) прекращают и выясняют причину ошибок. Заполнение продолжают при устранении причины ошибки.
Процесс заполнения заканчивают, когда секция (100) оказывается полностью заполнена. При этом закрывают краны магистрали заполнителя (12), прекращают подачу воздуха в бак (14), снимают натягивающую нагрузку с секции, отключают ее от средства электронной проверки, отсоединяют заполнитель (10), отсоединяют секцию от компенсатора (4).
Длины цеха по сборке секций оказывается достаточно для установки заявленного комплекса.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрано на любом промышленном предприятии и найдет широкое применение в области подготовки буксируемых сейсмокос.