Подводный аппарат для очистки дна

Полезная модель относится к устройствам для очистки дна от наносов ила, песка и прочих видов грунта.
В процессе эксплуатации гаваней, портовых и гидротехнических сооружений происходит накопление на дне водоема наносов песчаного и илистого грунта. При этом для обеспечения поддержания необходимых глубин на подходах к портам и в каналах требует выполнение большого объема дноуглубительных работ. Такие работы зачастую осложняются высокой загрузкой акватории, поэтому проведение полномасштабных дноуглубительных работ может быть затруднительным и обременительным с экономической точки зрения.
Также дно акваторий может быть укреплено при помощи габионов (геодезических матрасов). Например, для глубоководного порта Сабетта на Ямале, что позволяет заходить в порт танкерам-газовозам с осадкой более 12 метров. После укрепления дна при помощи габионов требуется постоянный мониторинг их состояния, при этом очистка дна от наносов в сложных арктических условиях и вечной мерзлоты производится с привлечением водолазов во избежание повреждения сетки габионов дноуглубительным оборудованием. Поэтому такие работы очень дороги и, как показывает практика, малоэффективны.
Известны устройства для очистки дна от наносов грунта, которые имеют определенные ограничения по их применению.
Например, известен замлесосный снаряд, предназначенный для очистки дна и откосов облицованных каналов, описанный в изобретении СССР по А.С. №284717, МПК E02F2, опубл. 14.10.1970, который включает грунтозаборный орган с всасывающим трубопроводом, насос и устройство для рабочих перемещений, при этом всасывающий наконечник грунтозаборного органа выполнен с катками, а внутри грунтозаборного органа смонтированы щетки, причем наконечник соединен с насосом гибким всасывающим трубопроводом, а устройство для рабочих перемещений грунтозаборного органа снабжено консолями, один конец которых шарнирно закреплен на корпусе земснаряда, а другой имеет ролики, перемещающиеся по откосам канала.
При этом, известная конструкция имеет недостаток, заключающийся в том, что такой землесосный снаряд является узкоспециализированным и может быть использован исключительно для очистки дна и откосов облицованных каналов.
Также известно устройство для забора и удаления отложившихся на дне водоема пластичных, илоподобных веществ, описанное в патенте на изобретение РФ №2672695, МПК E02F3/88, опубл. 16.05.2018, которое выбрано в качестве прототипа.
Согласно описанию этого изобретения управляемое плавучее тело оснащено по меньшей мере одним насосом/компрессором и по меньшей мере одним гидравлическим агрегатом, а также по меньшей мере одним электрогенераторным агрегатом и через трубопроводы соединено с одной стороны с намывочной площадкой, или с отстойным бассейном, или с транспортируемым резервуаром на берегу, а с другой стороны - с всасывающим модулем, который самостоятельно продвигается по грунту водоема с помощью специального гусеничного ходового механизма, через кабель соединен с расположенным плавающим образом на поверхности водоема над всасывающим модулем датчиком эхолота и/или приемником системы GPS, между гусеничными лентами гусеничного ходового механизма, и/или перед ними, и/или позади них имеет самостоятельно подстраивающийся к дну водоема, свободно качающийся, одно-, или двух-, или многорычажный поворотный рычаг, а также имеет расположенные между поворотным(-и) рычагом(-ами) уплотнительную плиту и цилиндрическую щетку, причем цилиндрическая щетка направлена во всасывающем колоколе, в котором расположен режущий механизм, и всасывающий колокол имеет по меньшей мере один фланец/всасывающий патрубок по меньшей мере для одного всасывающего шланга. В этой конструкции насосы находятся рядом с гидравлическим и пневматическим агрегатами на блоке управления на управляемом с помощью внешнего борта плавучем теле, например, на катамаране, который собирает отходящие от всасывающего модуля всасывающие шланги после насосов в пучок посредством плоского шланга, который для целей всплытия склеен или соединен иначе с другим, наполненным сжатым воздухом, шлангом, чтобы беспрепятственно выводить шлангопровод на поверхность водоема. Также насосы могут быть расположены возле всасывающего колокола или в нем. В этом случае они могут быть соединены с намывочной площадкой, с отстойным бассейном или с транспортируемым резервуаром.
Известное устройство систематически собирает грунт водоема и самостоятельно продвигается на гусеничном ходу. При этом использование для его перемещения по грунту гусеничного ходового механизма усложняет конструкцию всего устройства, что неизбежно влечет его дорогостоящее техническое обслуживание, а также снижает его эксплуатационную надежность. Кроме того, использовать известное устройство для очистки дна, укрепленного при помощи габионов невозможно, так как гусеницы его ходового механизма будут рвать металлическую сетку.
Заявляемая полезная модель решает техническую проблему, заключающуюся в сложности, ненадежности и недостаточной маневренности известных устройств для очистки дна от наносов.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявляемой полезной модели, является упрощение конструкции, а также обеспечение легкости ее маневрирования во время очистки дна от наносов песка, ила и других донных осадков простым и относительно недорогим способом, исключающим повреждение габионов во время выполнения работ.
Указанный технический результат достигается за счет применения подводного аппарата для очистки дна, включающего кожух с размещенным на нем оборудованием: двумя или более щетками, приводимыми в движение при помощи независимых приводов (гидравлических или электрических моторов), и шламовым насосом, также оснащенным приводным механизмом (гидравлическим или электрическим мотором). Также для обеспечения работы приводов щеток и шламового насоса подводный аппарат при помощи кабелей и шлангов соединен соответственно с гидравлической станцией и генератором электрического тока, размещенными на судне обеспечения, на котором также размещена емкость для сбора наносов грунта, соединенная при помощи пульпопровода с заборником (улиткой) шламового насоса.
Во время работы подводного аппарата щетки вращаются в противоположных направлениях и за счет того, что векторы сил, возникающих при их вращении взаимно скомпенсированы, этим обеспечивает статичное положение подводного аппарата на дне водоема.
При необходимости выполнения поступательного перемещения подводного аппарата по дну водоема щетки вращают в одном направлении, и в этом случае они выполняют роль колес.Поступательное движение подводного аппарата также может быть обеспечено тем, что скорости вращения щеток могут отличаться друг от друга, в этом случае баланс сил, вызываемых их вращением будет нарушен и подводный аппарат также будет поступательно перемещаться по дну водоема, при этом не прекращая своей работы.
Для обеспечения вращения подводного аппарата вокруг центральной оси в левом или правом направлении, по меньшей мере одна из щеток может быть выполнена состоящей из двух частей, каждая из которых обладает возможностью независимого вращения при помощи независимого привода. За счет этого, в случае вращения одной части щетки в направлении, отличающимся от направления вращения ее второй части, возникает вращающий момент, и подводный аппарат поворачивается вокруг своей центральной оси.
Таким образом, существенным отличием заявляемой конструкции от известных аналогов является то, что щетки, основным предназначением которых является сбор наносов грунта, также используются и для перемещения подводного аппарата по дну водоема за счет наличия их независимых приводов и возможности регулирования направления и скорости их вращения.
Заявляемая конструкция устройства для очистки дна от наносов, а также схема его работы иллюстрируются изображениями:
на фиг. 1 показан общий вид подводного аппарата;
на фиг. 2 показана схема вращения щеток подводного аппарата в рабочем режиме очистки дна;
на фиг. 3 показана схема вращения щеток подводного аппарата, при которой обеспечивается его перемещение по дну водоема;
на фиг. 4 показана схема вращения щеток подводного аппарата при его повороте.
Подводный аппарат для очистки дна (фиг.1), содержит кожух 1, в котором установлены щетки 2 и 3, каждая из которых соединена со своим независимым приводным механизмом 4, а также шламовый насос 5, который соединен со своим приводным механизмом 6.
При работе подводного аппарата (фиг.2) в режиме очистки дна щетки 2 и 3 вращаются навстречу друг к другу, перемещая захватываемый грунт снизу-вверх в направлении заборника шламового насоса 5, образуя его водную взвесь, которая через присоединенный к шламовому насосу 5 пульпопровод далее направляется в емкость для сбора грунта, размещенную на судне обеспечения. При этом, поскольку векторы сил, возникающих при вращении щеток 2 и 3 направлены в противоположных направлениях и взаимно скомпенсированы, этим обеспечивается статичное положение подводного аппарата на дне водоема во время его работы.
При необходимости выполнения поступательного перемещения подводного аппарата по дну (фиг. 3) щетки 2 и 3 вращают в одном направлении, таким образом они выполняют роль колес. Также возможно вращение щеток 2 и 3 с разными скоростями, что приведет к нарушению баланса сил, и в этом случае, подводный аппарат также будет поступательно перемещаться по дну водоема, не прекращая своей работы.
Для обеспечения вращения подводного аппарата вокруг его центральной оси (фиг. 4) в левом или правом направлении, по меньшей мере одна из щеток 2 или 3 выполнена составной из двух частей, оснащенных независимыми приводами, имеющих возможность вращения в разных направлениях. В этом случае при вращении частей щеток 2.1. и 2.2 и/или 3.1 и 3.2 в разных направлениях суммарный баланс сил подводного аппарата будет нарушен, возникнет вращающий момент и подводный аппарат будет вращаться в нужном направлении.
Таким образом, за счет обеспечения вращения щеток 2 и 3 в одном направлении, возможности независимого изменения их скоростей, а также возможности вращения независимых частей щеток 2.1 и 2.2 и/или 3.1. и 3.2 в разных направлениях достигается легкость маневрирования подводного аппарата на дне водоема.
За счет простоты конструкции подводный аппарат способен работать на грунтах различной категории и способен преодолевать препятствия различного характера, такие как камни, коряги, неровности и перепады уровня дна на стыках габионов за счет пружинящего эффекта щетины щеток, при этом не повреждая металлическую сетку габионов.
Проведенные испытания в акватории морского порта Санкт-Петербурга показали, что заявляемая конструкция обладает следующими преимуществами:
3
1. Высокая производительность: во время работы подводного аппарата при его перемещении по дну с расчетной скоростью около 0,5 м/с, глубиной и шириной обрабатываемой полосы 0,05 м и 2,4 м соответственно, его производительность составила 216 м/ч;
2. Высокая проходимость подводного аппарата за счет пружинящего эффекта щетины при использовании щеток диаметром до 1100 мм;
3. Возможность выполнения работ на глубинах от 1 до 30 м;
4. Возможность очистки габионных полей в случае применения полипропиленовой щетины, которая не повреждает сравнительно хрупкую металлическую сетку габионов;
5. Отпадает необходимость в дорогостоящем водолазном сопровождении работ;
6. Обеспечивается вариативность конструкции для случаев применения на грунтах различных категорий за счет:
a. Применения щетины различной толщины;
b. Применения щетины, выполненной из различных материалов.