УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ОДНОРАЗОВЫЙ КАРТРИДЖ РАЗМЫКАТЕЛЯ ДОННОЙ СТАНЦИИ
UNIVERSAL DISPOSABLE CARTRIDGE OF BOTTOM STATION DISCONNECTOR

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для технических средств исследования на акваториях морской геологоразведки, морской геофизики, а именно к приспособлениям для автономной донной самовсплывающей станции и предназначено для освобождения подводного приборного контейнера от якоря-балласта. В частности, предназначено для разрыва механической связи донного модуля с балластом, что делает возможным его подъем (всплытие) на поверхность после окончания сбора геофизических (сейсмических, электроразведочных и др.) данных. Может также использоваться при изучении и освоении ресурсов океана автономными объектами, удерживаемыми в процессе работы с помощью якоря-балласта на дне или в толще воды, а по завершении работы - сбрасывающими якорь-балласт и поднимающимися на поверхность за счет положительной плавучести.
Известна полезная модель «Автономный подводный размыкатель», патент RU 71447, опубл. 10.03.2008, МПК G01S 3/00, G01S 15/87, содержащий исполнительный механизм с герморазъемами для подключения к приборному контейнеру. Однако он решает другую техническую задачу, а именно автономности, возможности управления исполнительным механизмом размыкателя из приборного контейнера.
Известно изобретение «Термовыключатель», патент RU 2026582, опубл. 09.01.1995, МПК H01H 37/76, содержащий оболочку, два частично входящих в корпус проволочных электрода и термочувствительный элемент. Изобретение относится к тепловым выключателям, предназначенным для защиты электронных и электрических приборов от перегрева при неисправностях, позволяет повысить надежность термовыключателя. Однако его конструкция не позволяет применить термовыключатель для обеспечения надежного срабатывания на разъединение механической связи донной станции от балласта.
Известно изобретение «Термоотключатель», патент RU 2190280, опубл. 27.09.2002, МПК H01H 37/72, H01H 37/76, содержащий герметичный диэлектрический корпус, электроды и плавкую вставку. Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в качестве термоотключателя в электрических цепях для отключения последних при превышении определенной температуры и не может выполнять функциональных действий по разъединению механической связи.
Известно изобретение «Электрический нагревательный элемент», патент RU 2246186, опубл. 10.02.2005, МПК H05B 3/48, H01H 37/32, H01H 37/76, H05B 1/02, содержащий спираль, выполненную из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, витки со стороны термозвена образуют жесткую часть спирали, которая частично надета на термозвено и жестко соединена с ним, при превышении критической температуры термозвена обеспечивается разрыв термозвена. Изобретение упрощает конструкцию, снижает трудоемкость ее изготовления. Однако относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева, и не позволяет применить термовыключатель для обеспечения надежного срабатывания на разъединение механической связи донной станции от балласта.
Известно изобретение «Термовыключатель (варианты)», патент RU 2189658, опубл. 20.09.2002, МПК H01H 37/76, Н05B 3/48, содержащий термочувствительный элемент, соединенный контактными элементами с его наружной поверхностью, и электровыводы, выполненные из металлической проволоки, соприкасающиеся с термочувствительным элементом. Изобретение решает задачу защиты от перегрева приборов при ненормальной работе в условиях ограниченного теплорассеивания, однако не может выполнять функциональных действий по разъединению механической связи.
Известна полезная модель «Автономный подводный размыкатель», патент RU 90219, опубл. 27.12.2009, МПК G01S 3/00, содержащий проволоку, разрушающуюся при подаче напряжения и связанную с источником тока и с подвижными приспособлениями для фиксации тяг, при этом концы проволоки контактируют через реле с источником тока. Полезная модель позволяет гарантировать одновременное освобождение тяг и надежность работы системы разрушения проволоки, а также возможность использовать сменные картриджи вместо трудоемкой работы по продеванию проволоки. Однако не обеспечивает возможности работы размыкателя в воде с низкой концентрацией солей независимо от плотности жидкой среды, а также в пресной воде.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является полезная модель «Всплывающий буй», патент RU 90040, опубл. 27.12.2009, МПК B63B 22/06, содержащий размыкатель с проволочными скобами, ходовой конец, кольцо картриджа размыкателя и коренной конец, размыкатель срабатывает по сигналу с судна, является съемным, установлен внутри станции. Размыкатель позволяет работать при солености воды только от 5 до 35%, электровыводы частично входят в контактные трубки и электрически соединены с ними. Однако размыкатель основан на электрохимическом разрушении проволоки, что не обеспечивает возможности работы размыкателя в воде с низкой концентрацией солей независимо от плотности жидкой среды, а также в пресной воде. Кроме того, ограничения по характеристикам внешней среды и необходимость наличия электрохимического процесса разрушения проволоки не обеспечивает надежного срабатывания на разъединение механической связи донной станции от балласта в требуемый момент времени и без неоправданных задержек, поскольку протекание электрохимического процесса трудно контролировать или рассчитать на заданное время срабатывания.
При обеспечении подъема донной станции с положительной плавучестью необходимо точное, надежное и быстрое выполнение команды на всплытие, поступившее с судна. Для этого размыкатель донной станции должен обеспечить надежное срабатывание на разъединение механической связи донной станции от балласта при дистанционном управлении. Применяемые электрохимические способы разрушения удерживающих размыкатель элементов невозможно было применить для воды с низкой концентрацией солей, а также в пресной воде, поскольку скорость электрохимической реакции зависит от солености окружающей воды.
Одновременно для надежного срабатывания картриджа и простоты эксплуатации размыкателя (его настройки) требуется картридж с такими элементами, которые не требуют учета характеристик внешней среды и просты в эксплуатации. Конструкция картриджа должна учитывать человеческий фактор, страхуя ошибки оператора при снаряжении донной станции. При использовании предложенной конструкции картриджа необходимо замкнуть электрическую цепь от источника питания к легкоплавкому элементу, что очень легко проверить при снаряжении станции. При отсутствии картриджа электрическая цепь будет разомкнута и, следовательно, будет заблокирован механизм размыкателя, который без этого нельзя будет взвести в рабочее положение.
Предложенное техническое решение позволяет достичь следующего технического результата:
- обеспечение надежного срабатывания на разъединение механической связи донной станции от балласта,
- возможность работы размыкателя в воде с низкой концентрацией солей независимо от плотности жидкой среды, а также в пресной воде,
- упрощение процесса эксплуатации, в том числе простота снаряжения размыкателя, снижение риска операторской ошибки, экологичность (возможность утилизации).
Заявленный технический результат обеспечивают следующим образом.
Универсальный одноразовый картридж размыкателя донной станции содержит корпус, устанавливаемый в гнездо корпуса донной станции, токопроводящий элемент, легкоплавкий элемент и соединительные токопроводящие элементы. Его отличия заключаются в том, что картридж выполнен в виде одноразового сменного разъема, состоящего из корпуса, выполненного из диэлектрика, наружные стенки которого в верхней его части образуют полость для размещения в ней соединительных токопроводящих элементов (контактов), электрически соединенных с токопроводящим элементом (спиралью), на диаметрально противоположных стенках в верхней части корпуса выполнены прорези для размещения в них легкоплавкого элемента и корпус снабжен на наружной поверхности посадочными местами; токопроводящего элемента, выполненного в виде спирали, концы которой электрически соединены с контактами донной станции; и легкоплавкого элемента, выполненного в виде нити, концы которой продеты сквозь корпус картриджа и механически соединены с подвижными элементами размыкателя донной станции. При этом, по меньшей мере, в каждом из двух соединительных токопроводящих элементов наружные концы посредством загерметизированного ввода-вывода обеспечивают соединение спирали с источником электрического тока, а внутренние концы каждого из них соединены с противоположными концами спирали (токопроводящего элемента), спираль (токопроводящий элемент) выполнена из теплопроводного материала с высоким электрическим сопротивлением, намотана вокруг легкоплавкого элемента с обеспечением передачи тепла посредством теплового излучения и/или теплопроводности от нагретой при пропускании тока спирали (токопроводящего элемента) к легкоплавкому элементу, а легкоплавкий элемент выполнен из материала, обеспечивающего усилие на растяжение, создаваемое подвижными элементами размыкателя донной станции. Кроме того, посадочные места могут быть выполнены в виде кольцевых пазов, в которые вложены резиновые кольца и полость корпуса картриджа может быть заполнена электроизоляционным и/или теплоизоляционным материалом. В качестве электро- и теплоизоляционного материала используют, например, компаунд марки парафин нефтяной Т-1 (ГОСТ 23683-89). Корпус может быть выполнен из электро- и теплоизоляционного материала и, например, выполнен герметичным. Спираль может быть выполнена из нихромовой проволоки, например, спираль выполнена из нихромовой проволоки марки 0,100-2-Х20Н80 ГОСТ 8803-89. При этом сопротивление спирали берут, например, по меньшей мере на каждые 5 витков - не менее 2,5 Ом. Спираль образует вокруг легкоплавкой нити, например, от 5 до 7 витков, а нить выполнена, например, из легкоплавкого сплава или полимера диаметром от 0,7 до 1,0 мм. Легкоплавкий элемент рассчитан на удержание в ненагретом состоянии усилия на растяжение, например, не менее 3-4 кг в зависимости от типа станции и обмотан спиралью, например, на участке длиной от 1,0 до 1,5 мм.
Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежами. Однако представленные чертежи охватывают не все возможные модификации исполнения данного картриджа.
На Фиг.1 показано поперечное сечение картриджа без установки его в гнездо корпуса станции;
На Фиг.2 показан вид сверху на полость корпуса картриджа с установленными спиралью и нитью, компаунд условно не показан;
На Фиг.3 показан продольный разрез картриджа с залитым компаундом и установленными уплотнительными кольцами, который вставлен в гнездо корпуса донной станции;
На Фиг.4 показаны прорези, через которые продета легкоплавкая нить, компаунд условно не показан;
на Фиг.5 показан картридж, установленный в размыкатель корпуса донной станции и механически соединенный с ней легкоплавким элементом.
Картридж имеет следующую конструкцию.
Корпус картриджа (1) вставлен в гнездо корпуса донной станции (2), картридж электрически соединен с донной станцией посредством двух соединительных токопроводящих элементов (3), которые электрически соединены с токопроводящим элементом (4) картриджа (1) (Фиг.3). Токопроводящий элемент (4) в форме спирали намотан на легкоплавкий элемент (5) таким образом, что образует не менее 5 витков (Фиг.2). Противоположные концы токопроводящего элемента-спирали (4) соединены с верхними концами каждого из двух соединительных токопроводящих элементов (3), которые вставляются в гнездо корпуса станции (2).
Легкоплавкий элемент (5) выполнен в виде нити, которая удерживает натяжение рычагов (6) размыкателя донной станции. Нить выполнена из, например, лески, которая продевается свободно сквозь прорези «А» и натягивается между рычагами (6), механически закрепляя их.
Корпус картриджа (1) выполнен из диэлектрика и имеет полость «B», в которой размещаются верхние концы соединительных токопроводящих элементов (3) и намотанный спиралью на легкоплавкий элемент (5) токопроводящий элемент (4). Полость «B» заливается компаундом. На наружных поверхностях корпуса картриджа (1) имеются посадочные места «С», в которые вставляются резиновые кольца (7).
Оператор вставляет в размыкатель одноразовый сменный картридж в соответствующее гнездо на корпусе (2) донной самовсплывающей станции при ее подготовке к работе и затем картридж утилизируется после подъема станции на борт. Простота операций с размыкателем в процессе подготовки станции, а также изготовление и сборка всех элементов в заводских условиях снижают риск операторской ошибки.
Основным отличием данного картриджа размыкателя от других подобных устройств является принцип пережигания (плавления) капроновой нити (лески) за счет нагревания электрической спирали из нихромовой проволоки, намотанной на леску, при пропускании через спираль электрического тока.
Картридж работает следующим образом.
Срабатывание рычагов (6) размыкателя происходит после разрыва легкоплавного элемента (5) - лески, которая разрывается под действием нагрева от витков токопроводящего элемента (4) при подаче электрического напряжения на контакты - два соединительных токопроводящих элемента (3) с источником питания, расположенного в корпусе станции. Соединительные токопроводящие элементы (3) электрически связаны с источником питания. Источник питания подает напряжение на контакты после приема станцией гидроакустической команды на всплытие с борта судна. Герметичность соединения достигается за счет использования резинового уплотнительного элемента (7).
При разрыве нити донная самовсплывающая станция отделяется от груза и поднимается к поверхности воды за счет собственной положительной плавучести. Нить (5), например леска, пережигается с помощью спирали из нихромовой проволоки (4), намотанной на нее. Нихромовая проволока (4) присоединена к контактам (3), герметично вклеенным в корпус по поверхностям «Д». Для защиты нихромового элемента от действия воды верхняя полость в корпусе заполняется компаундом. После теплового разрушения нити (лески) рычаги (6) размыкателя срабатывают на отделение груза от донной станции. Количество воды, попадающее в эту область, невелико и не способно поглотить существенного для решаемой задачи количества тепла. Таким образом, нить - леска (5) не закреплена в корпусе (1) картриджа, а только продета сквозь прорези «А». Место ввода контактов (3) в корпус (2) герметично.
Таким образом обеспечивается технический результат - надежное срабатывание на разъединение механической связи донной станции с балластом за счет пережигания нити. Корпус картриджа обеспечивает герметичное соединение картриджа в гнезде корпуса донной станции, что исключает попадание воды на контакты, это обеспечивает возможность работы размыкателя в воде с низкой концентрацией солей независимо от плотности жидкой среды, а также в пресной воде. Наличие пары - токопроводящий элемент (4), который нагревается при пропускании через него тока, и легкоплавкий элемент (5), который пережигается при нагреве, обеспечивает надежность срабатывания, компаунд, которым залит этот узел, позволяет минимизировать попадание воды на него. Этим также обеспечивается экологичность картриджа, возможность его утилизации. Простота конструкции позволяет изготовить картридж в заводских условиях на требуемые нагрузки и время срабатывания, что существенно упрощает процесс его эксплуатации. Так, оператор использует готовый сменный одноразовый картридж при снаряжении размыкателя донной станции, это существенно снижает риск операторской ошибки.
Кроме того, благодаря стандартизированным элементам соединения картриджа с гнездом станции картридж может быть использован как самостоятельное изделие не только в донных станциях определенного образца, но в донных сейсмических и гидрофизических станциях, гидроакустических маяках, системах притопленных гидроакустических антенн, притопленных рыболовецких сетей, ловушках и т.п.