Буксировщик водолаза

 

Изобретение относится к подводной технике, в частности к подводным средствам движения водолазов. Буксировщик водолаза содержит корпус и размещенный в нем гребной электродвигатель. Корпус выполнен из немагнитного электропроводного материала. При этом в корпусе размещена система компенсации низкочастотного магнитного поля в направлениях, перпендикулярных оси вращения ротора гребного электродвигателя. Такое выполнение буксировщика обеспечивает снижение уровня создаваемых им постоянного и низкочастотного магнитных полей. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к подводной технике, в частности к подводным средствам движения водолазов.

Известен заспинный бусировщик, который крепится поверх дыхательного аппарата, имеющий водонепроницаемый корпус, в котором размещены электродвигатель, аккумуляторная батарея, блок управления, при этом электродвигатель нагружен на гребной винт, размещенный в насадке, из которой выбрасывается струя воды, создающая реактивную толкающую силу (И. В. Меренов "Водолазное дело". Судостроение, Л. , 1989 г. ).

Известен буксировщик водолазов DPV МК IV фирмы "Farrallon Industries" США, содержащий прочный корпус с рукоятками, гребной электродвигатель и движительный комплекс.

Известен скутер подводный, состоящий из двух основных частей: носового и кормового корпусов, соединенных посредством стяжек и упоров, образующих единый корпус скутера. В прочном цилиндрическом носовом корпусе размещены аккумуляторная батарея, блок управления, коммутатор, световой прибор. В кормовом корпусе размещены электродвигатель, связанный посредством зубчатых колес и вала с гребным винтом (Скутер подводный. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ПО "Компрессор", Л. , 1991 г. ).

К недостаткам известных устройств относится то, что при движении под водой они создают свои собственные постоянное и низкочастотное магнитные поля, искажающие магнитное поле Земли и затрудняющие в связи с этим проведение подводных геофизических измерений и исследований.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является буксировщик водолазов, содержащий прочный корпус с рукоятками, гребной электродвигатель, аккумуляторную батарею, движительный комплекс, причем в кормовой части корпуса выполнена продольная по форме тела вращения выгородка с переборкой, ось симметрии которой смещена вниз относительно горизонтальной оси симметрии прочного корпуса, а гребной электродвигатель выполнен погружным и установлен в выгородке в пределах продольного габарита корпуса (патент РФ 2005643, кл. В 63 С 11/00, публ. 1994 г. - прототип изобретения).

Недостатком известного буксировщика является то, что при работающем электродвигателе, который установлен в буксировщике, искажается постоянное и низкочастотное магнитные поля в месте расположения буксировщика (ближняя зона) и на удалении от него (дальняя зона), что приводит к искажению данных при проведении подводных геофизических измерений и исследований.

Основным источником постоянного магнитного поля в известном устройстве является контур с током, образуемый токовводами, пластинами, перемычками аккумуляторной батареи, а также силовыми кабелями, соединяющими аккумуляторную батарею с электродвигателем. Величина постоянного магнитного поля в буксировщике зависит в основном от магнитного момента, создаваемого токовводами, пластинами и перемычками аккумуляторной батареи, а также от магнитного момента силовых кабелей.

Основным источником низкочастотного магнитного поля при движении буксировщика является электродвигатель, а также отмеченный выше контур с составляющими переменных токов низких частот.

Задачей настоящего изобретения является снижение уровней постоянного и низкочастотного магнитных полей, создаваемых буксировщиком водолаза при работающем электродвигателе.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Буксировщик водолаза содержит корпус, в котором размещены гребной электродвигатель, устройство управления, аккумуляторная батарея. Электродвигатель буксировщика выполнен погружным, установлен в пределах продольного габарита корпуса в продольной цилиндрической выгородке, образованной в кормовой части корпуса, и соединен с движительным комплексом буксировщика. Новым в буксировщике является то, что его корпус и образованная в кормовой части выгородка выполнены из немагнитного электропроводного материала, а в корпусе размещена система компенсации низкочастотного магнитного поля буксировщика в направлениях, перпендикулярных оси вращения ротора электродвигателя, состоящая из двух каналов, каждый из которых содержит связанные электрически между собой датчик магнитного поля, активный фильтр с регулируемым коэффициентом усиления и необходимой амплитудно-фазовой характеристикой в заданном диапазоне изменения подавляемой частоты, соединенный с аккумуляторной батареей, и компенсационную катушку, причем каждый датчик расположен напротив обмотки якоря электродвигателя на расстоянии от оси ротора электродвигателя не более 0,6 диаметра ротора электродвигателя в зоне, не подверженной влиянию поля компенсационной катушки, и закреплен внутри корпуса буксировщика на выгородке с возможностью фиксированного линейного перемещения вдоль выгородки в пределах длины якоря электродвигателя, и фиксированного кругового перемещения на угол не менее 90^o в плоскости поперечного сечения выгородки, причем компенсационные катушки размещены внутри корпуса буксировщика на расстоянии от оси ротора электродвигателя, не превышающем двух диаметров ротора рядом друг c другом, при этом они имеют диаметр, равный 0,5-1,0 диаметра ротора электродвигателя, оси их взаимно перпендикулярны и расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора электродвигателя. Аккумуляторная батарея выполнена двухрядной с четным и равным числом аккумуляторов в каждом ряду, с выводными полюсами с двух противоположных краев батареи и с четырьмя рядами размещенных по одну сторону батареи токовводов, параллельными рядам аккумуляторов, в т. ч. двух смежных рядов токовводов, расположенных вдоль границы раздела первого и второго рядов аккумуляторов, и параллельных им двух крайних рядов токовводов, с электрически последовательным согласным соединением всех аккумуляторов, при этом аккумуляторы в батарее размещены попарно, каждая пара образуется соседними аккумуляторами из первого и второго рядов, размещенными встречно по отношению друг к другу, соседние пары аккумуляторов также размещены встречно, каждые крайние нечетный и четный токовводы с разными полярностями, начиная с первых от начала рядов, соединены перемычками попарно, а смежные токовводы, имеющие разные полярности и относящиеся к двум соседним аккумуляторам из разных пар и рядов, соединены попарно наклоненными в одну сторону перемычками, причем каждый токоввод за исключением выводных полюсов соединен с одной перемычкой.

В качестве датчика магнитного поля может быть применена катушка индуктивности с диаметром, равным 0,4 диаметра обмотки якоря электродвигателя, причем продольная ось катушки индуктивности расположена в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора электродвигателя.

Силовые кабели, соединяющие аккумуляторную батарею с электродвигателем, выполнены немагнитными с бифилированием.

Гребной электродвигатель может быть на всю длину своего корпуса размещен в выгородке с толщиной стенки не менее 3 мм.

Сущность системы компенсации заключается в создании противофазного поля на расстоянии, превышающем несколько диаметров ротора электродвигателя. Система компенсации позволяет снизить уровень наиболее значимой спектральной составляющей низкочастотного поля, создаваемого электродвигателем в направлении наибольшей величины излучения, перпендикулярном оси вращения двигателя, по обоим составляющим - радиальной и тангенциальной, на величину в пределах 10-15 дБ.

Предлагаемая схема размещения и соединения аккумуляторов использует транспозицию токопроводов в соседних рядах аккумуляторной батареи и за счет этого позволяет уменьшить величину магнитного момента, создаваемого собственно батареей при прохождении тока по сравнению со схемой, применяемой в прототипе в направлении, перпендикулярном плоскости размещения перемычек.

На фиг. 1 представлен заявляемый буксировщик, общая компоновочная схема; на фиг. 2 приведена схема размещения датчика магнитного поля на выгородке; на фиг. 3 - электрическая схема соединения датчиков магнитного поля и компенсационных катушек с активным фильтром; на фиг. 4 - схема размещения и соединения аккумуляторов в батарее и схема соединения аккумуляторов с двигателем.

Буксировщик содержит корпус 1, выполненный из немагнитного электропроводного материала, двухрядную аккумуляторную батарею 2, блок управления 3, гребной электродвигатель 4, выполненный погружным и размещенный в пределах продольного габарита корпуса 1 в закрепленной внутри корпуса цилиндрической выгородке 5, движительный комплекс 6. Система компенсации низкочастотного магнитного поля наиболее значимой частоты излучения электродвигателя 4 в направлениях, перпендикулярных оси вращения ротора электродвигателя, состоит из двух каналов А и Б, каждый из которых содержит датчик магнитного поля 7, связанный через активный фильтр 8 с компенсационной катушкой 9. Фильтр 8 подключен к аккумуляторной батарее 2 и имеет регулируемый коэффициент усиления и необходимую амплитудно-фазовую характеристику в заданном диапазоне изменения подавляемой частоты.

Каждый датчик 7 расположен напротив обмотки якоря электродвигателя на расстоянии от оси ротора электродвигателя не более 0,6 диаметра ротора в зоне, где отсутствует влияние поля компенсационной катушки, и прикреплен к немагнитному уголку 10, который установлен на кольцеобразной пластине 11, закрепленной внутри корпуса буксировщика на выгородке 5.

При настройке системы компенсации датчик 7 имеет возможность фиксированного перемещения вместе с уголком 10 по окружности в плоскости поперечного сечения электродвигателя на угол не менее 90^o и вдоль оси вращения двигателя в пределах длины якоря. Компенсационные катушки диаметром в пределах 0,5-1 диаметра ротора электродвигателя с взаимно перпендикулярными продольными осями установлены перпендикулярно оси вращения двигателя, расположены внутри буксировщика на расстоянии от оси ротора электродвигателя не более двух диаметров ротора рядом друг с другом.

Двухрядная аккумуляторная батарея 2 имеет четное и равное число аккумуляторов в каждом ряду с выводными полюсами с двух противоположных краев батареи и с четырьмя рядами размещенных по одну сторону батареи токовводов, параллельными рядам аккумуляторов, в т. ч. двух смежных рядов токовводов, расположенных вдоль границы раздела первого и второго рядов аккумуляторов, и параллельных им двух крайних рядов токовводов с электрически последовательным согласным соединением всех аккумуляторов, при этом аккумуляторы в батарее размещены попарно, каждая пара образуется соседними аккумуляторами из первого и второго рядов, размещенными встречно по отношению друг к другу, соседние пары аккумуляторов также размещены встречно, каждые крайние нечетный и четный токовводы с разными полярностями, начиная с первых от начала рядов, соединены перемычками 12 попарно, а смежные токовводы, имеющие разные полярности и относящиеся к двум соседним аккумуляторам из разных пар и рядов, соединены попарно наклоненными в одну сторону перемычками 13.

Датчик магнитного поля может быть выполнен в виде катушки индуктивности, при этом диаметр ее принимается в пределах 0,4 диаметра обмотки якоря, причем продольная ось каждой приемной катушки перпендикулярна оси вращения двигателя.

Конструкция силовых кабелей 14, соединяющих аккумуляторную батарею с электродвигателем, выполнена немагнитной с бифилированием.

Электродвигатель на всю длину своего корпуса размещен в выгородке, изготовленной из немагнитного электропроводного материала толщиной не менее 3 мм.

При настройке системы компенсации по одному из каналов в приемной катушке, расположенной в зоне якорной обмотки на выгородке, наводится ток от низкочастотного магнитного поля подавляемой частоты, далее этот ток усиливается в активном фильтре и поступает в компенсационную катушку настраиваемого канала. Настройка по одному и другому каналам сводится к определению положения приемной катушки на выгородке и подстройке коэффициента усиления активного фильтра, при которых соответствующая компенсационная катушка в направлении излучения создает составляющую поля в противофазе к полю электродвигателя.

Предложенная конструкция буксировщика позволяет снизить уровни постоянного и низкочастотного магнитных полей, создаваемых при работе электродвигателя буксировщика, что обеспечивает качественное проведение подводных геофизических измерений и исследований.

Формула изобретения

1. Буксировщик водолаза, содержащий корпус, в котором размещены гребной электродвигатель, устройство управления и аккумуляторная батарея, причем электродвигатель выполнен погружным, установлен в пределах продольного габарита корпуса в продольной цилиндрической выгородке, образованной в кормовой части корпуса, и соединен с движительным комплексом буксировщика, отличающийся тем, что в корпусе буксировщика установлена система компенсации низкочастотного магнитного поля буксировщика в направлениях, перпендикулярных оси вращения ротора электродвигателя, состоящая из двух каналов, каждый из которых содержит связанные электрически между собой датчик магнитного поля, активный фильтр с регулируемым коэффициентом усиления и необходимой амплитудно-фазовой характеристикой в заданном диапазоне изменения подавляемой частоты, соединенный с аккумуляторной батареей, и компенсационную катушку, причем каждый датчик расположен напротив обмотки якоря электродвигателя на расстоянии от оси ротора электродвигателя не более 0,6 диаметра ротора в зоне, не подверженной влиянию поля компенсационной катушки, и закреплен внутри корпуса буксировщика на выгородке с возможностью фиксированного линейного перемещения вдоль выгородки в пределах длины якоря электродвигателя, и фиксированного кругового перемещения на угол не менее 90^o в плоскости поперечного сечения выгородки, при этом компенсационные катушки обоих каналов размещены внутри корпуса буксировщика на расстоянии от оси ротора электродвигателя, не превышающем двух диаметров ротора рядом друг с другом, и каждая имеет диаметр, равный 0,5-1,0 диаметра ротора электродвигателя, а оси катушек взаимно перпендикулярны и расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора электродвигателя, причем корпус буксировщика и выгородка выполнены из немагнитного материала, а аккумуляторная батарея выполнена двухрядной с четным и равным числом аккумуляторов в каждом ряду, с выводными полюсами с двух противоположных краев батареи и с четырьмя рядами размещенных по одну сторону батареи токовводов, параллельными рядам аккумуляторов, в том числе двух смежных рядов токовводов, расположенных вдоль границы раздела первого и второго рядов аккумуляторов, и параллельных им двух крайних рядов токовводов, с электрически последовательным согласным соединением всех аккумуляторов, при этом аккумуляторы в батарее размещены попарно, каждая пара образуется соседними аккумуляторами из первого и второго рядов, размещенными встречно по отношению друг к другу, соседние пары аккумуляторов также размещены встречно, каждые крайние нечетный и четный токовводы с разными полярностями, начиная с первых от начала рядов, соединены перемычками попарно, а смежные токовводы, имеющие разные полярности и относящиеся к двум соседним аккумуляторам из разных пар и рядов, соединены попарно наклоненными в одну сторону перемычками, причем каждый токоввод за исключением выводных полюсов соединен с одной перемычкой.

2. Буксировщик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчика магнитного поля применена катушка индуктивности с диаметром, равным 0,4 диаметра обмотки якоря электродвигателя, причем продольная ось катушки индуктивности расположена в плоскости, перпендикулярной оси вращения электродвигателя.

3. Буксировщик по п. 1, отличающийся тем, что силовые кабели, соединяющие аккумуляторную батарею с электродвигателем, выполнены немагнитными с бифилированием.

4. Буксировщик по п. 1, отличающийся тем, что гребной электродвигатель на всю длину своего корпуса размещен в выгородке, имеющей толщину стенки не менее 3 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4