Устройство для регулирования положительной плавучести подводного объекта

Изобретение относится к системам создания положительной плавучести, в частности к системам, обеспечивающим создание подъемной силы с использованием жестких понтонов. Устройство регулирования положительной плавучести подводного объекта содержит по меньшей мере одну цистерну, полость которой выполнена с возможностью заполнения газом для создания положительной плавучести с помощью системы подачи газа, и по меньшей мере один клапан, установленный в верхней части упомянутой цистерны. В нижней части цистерны выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, сообщающее полость цистерны с внешней водной средой. Клапан имеет корпус с седлом и тарелкой, тарелка жестко связана с поршнем, над которым выполнена камера, соединенная с устройством формирования управляющего давления, которое в свою очередь сообщено с верхней частью упомянутой полости цистерны. Поршень клапана посредством жесткой связи соединен с силовым приводом. Такое выполнение устройства позволит автоматически поддерживать необходимую положительную плавучесть цистерны, с обеспечением ее быстрой нейтрализации полностью или частично. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Устройство относится к системам создания положительной плавучести, в частности к системам, обеспечивающим создание подъемной силы с использованием жестких понтонов.

При продувке жидкого балласта, воды, специальной жидкости, для создания положительной плавучести вода вытесняется газом в окружающую среду через отверстия, расположенные в нижней части понтонов - цистерн или других плавучестей. Как правило, для преодоления сил сцепления заиленного поднимаемого объекта с дном приходится создавать силу плавучести, намного превышающую вес объекта в воде. После отрыва от дна, вследствие уменьшения гидростатического давления, при открытых отверстиях в цистерне происходит дальнейшее расширение газа в цистерне и, соответственно, увеличение положительной плавучести, которая может стать причиной нежелательного снижения продольной и поперечной остойчивости системы: поднимаемый объект - цистерны. Это особенно опасно при использовании нескольких разнесенных относительно центра масс цистерн с жидким балластом.

Известны системы управления положительной плавучестью, в которых регулирование положительной плавучестью происходит изменением отверстий в цистернах с помощью кингстонов, через которые поступает забортная вода. Такие системы не могут полностью решить задачу быстрого сброса положительной плавучести, так как интенсивный сброс газа из верхней части цистерны не компенсируется быстрым поступлением воды в цистерну ввиду больших гидравлических сопротивлений отверстий в кингстонах.

Известны системы, управляющие положительной плавучестью в подводных аппаратах. Например, патент Японии 4232192, "Устройство контроля перепада давления", дата публикации 20.08.92, МПК B 63 G 8/22, патент России 2203834 "Установка для отработки системы стабилизации глубины глубоководного дрейфующего прибора", дата публикации 10.05.03., МПК B 63 G 8/22.

Известен также "Способ подъема затонувших объектов и устройство для его осуществления", заявка на изобретение России 99123093, дата публикации 10.09.01. Устройства для подъема, содержащие системы продувки и емкости с открытыми снизу днищами, не решают задачу поддержания постоянной положительной плавучести, и задачу ее быстрого изменения при необходимости, например, после отрыва поднимаемого объекта от грунта.

Техническим результатом, решаемым данным изобретением, является создание простой системы, которая позволяла бы автоматически поддерживать необходимую положительную плавучесть цистерны, с обеспечением ее быстрой нейтрализации полностью или частично.

Устройство регулирования положительной плавучести подводного объекта содержит по меньшей мере одну цистерну, полость которой выполнена с возможностью заполнения газом для создания положительной плавучести с помощью системы подачи газа. Устройство включает по меньшей мере один клапан, установленный в верхней части цистерны, в нижней части которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, сообщающее полость цистерны с внешней водной средой. Клапан имеет корпус с седлом и тарелкой. Тарелка жестко связана с поршнем, над которым выполнена камера, соединенная с устройством формирования управляющего давления, которое свою очередь сообщено с верхней частью полости упомянутой цистерны. Поршень клапана посредством жесткой связи соединен с силовым приводом.

Устройство, во-первых, позволяет решить задачу поддержания необходимого значения положительной плавучести. Один или несколько клапанов, установленных в верхней части цистерны, устроены таким образом, что позволяют автоматически поддерживать необходимую положительную плавучесть. Поддержание необходимой положительной плавучести происходит потому, что над поршнем, связанным с тарелкой клапана, расположена камера, которая сообщена с устройством формирования управляющего давления, которое, в свою очередь, сообщено с верхней частью цистерны. В простейшем случае давление над поршнем клапана может быть равно давлению газа в цистерне. Если давление в цистерне повышается, то при равенстве площадей тарелки и поршня, тарелка приоткрывается и часть газа сбрасывается. Эта система реализуется с малой инерционностью.

Во-вторых, устройство позволяет быстро сбрасывать избыток положительной плавучести. Клапан снабжен силовым приводом, который по команде может открыть его, или все или несколько клапанов, принудительно перемещая тарелку (тарелки) от седла. Газ через отверстия клапанов быстро выйдет из цистерны, с другой стороны в цистерну через отверстие или отверстия в днище быстро поступит забортная вода.

Таким образом система выполняет не одну, а две функции: поддержание положительной плавучести в цистерне или системе цистерн при изменении внешнего давления и быстрый сброс плавучести путем стравливания воздуха из цистерн, например после отрыва объекта от грунта, когда избыточная положительная плавучесть достаточно велика и необходимо предотвратить нарушение дифферента или крена объекта. Устройство позволяет гибко управлять процессом подъема.

Устройство формирования управляющего давления может быть выполнено в виде баллона, один выход которого сообщен с камерой клапана, другой вход которого через запорный клапан сообщен с верхней частью полости упомянутой цистерны, при этом баллон выполнен с возможностью сообщения с внешней воздушной средой или источником воздушного (газового) давления через второй запорный клапан. Такое выполнение устройства формирования управляющего давления позволяет задавать необходимые параметры автоматического управления положительной плавучестью.

В простейшем случае устройство формирования управляющего давления может быть выполнено без баллона в виде трубки, один конец которой подсоединен к камере упомянутого клапана, а другой через запорный клапан подсоединен к верхней части полости упомянутой цистерны.

Упомянутый клапан содержит устройство, создающее постоянное усилие по прижиму тарелки клапана к седлу, которое может быть выполнено в виде пружины, задающей первичное усилие прижима тарелки клапана к седлу.

Устройство, создающее постоянное усилие по прижиму тарелки клапана к седлу, может быть выполнено в виде массы собственно тарелки, в тех случаях, когда тарелку возможно выполнить достаточно массивной.

Тарелка и поршень клапана могут быть выполнены как единое целое, в этом случае конструкция клапана упрощается.

Жесткая связь между поршнем клапана и силовым приводом может быть выполнена в виде штока, а силовой привод выполнен гидравлическим или пневматическим.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема устройства регулирования, на фиг.2 - один вариант выполнения клапана, на фиг.3 - другой вариант выполнения клапана.

Устройство регулирования положительной плавучести подводного объекта включает систему 3 подачи газа для создания положительной плавучести. Устройство включает клапаны 4, установленные в верхней части цистерны 1. В нижней части цистерны 1 выполнены отверстия 5, сообщающее полость 2 цистерны с внешней водной средой 6. Устройство 12 формирования управляющего давления выполнено в виде баллона, один вход которого сообщен с камерой 11 клапана 4 (фиг.2), другой вход 16 которого через запорный клапан 17 сообщен с верхней частью полости 2 цистерны 1. Баллон устройства 12 сообщен с внешней средой или источником воздушного (газового) давления через второй запорный клапан 19.

Клапан 4 (фиг.2) имеет корпус 7 с седлом 8 и тарелкой 9. Тарелка 9 в данном варианте конструктивного выполнения клапана 4 выполнена с поршнем 10 как единое целое. Над поршнем 10 выполнена камера 11, соединенная с устройством 12 формирования управляющего давления, которое свою очередь сообщено с верхней частью полости 2 цистерны 1. Поршень клапана посредством штока 21 соединен с силовым приводом 13, который имеет две камеры 23 и 24, для возможности движения штока на открывание и закрывание клапана 4. Силовой привод 13 может быть гидравлическим или пневматическим. Клапан 4 содержит устройство, создающее постоянное усилие по прижиму тарелки 9 клапана 4 к седлу 8 в виде пружины 20.

Другой вариант выполнения клапана (фиг.3) также содержит седло 8 и тарелку 9. В отличие от первого варианта корпус 7 клапана 4 размещен внутри цистерны 1. Поршень 10 связан с тарелкой 9 жесткой связью 26. В камере 11 над поршнем 10 может быть установлена пружина 20 для создания постоянного усилия по прижиму тарелки 9 клапана 4 к седлу 8, или это усилие может создаваться массой тарелки 9.

Работу силового привода 13 обеспечивает устройство 22 управления силовым приводом (фиг.1).

Устройство регулирования положительной плавучести подводного объекта работает следующим образом.

Необходимая положительная плавучесть в цистерне 1 создается с помощью системы 3 подачи газа, и первоначально регулируется запорным клапаном 25. Одновременно открывается клапан 17 и давление в полости 2, баллоне 12 и камере 11 клапана 4 уравниваются, при этом клапан 4 (клапаны 4) принудительно закрыт с помощью силового привода 13 путем подачи от устройства 22 управления давлением газа (гидравлики) в полость 23 силового привода.

После прекращения наддува полости 2 (клапан 25 системы 3 подачи газа закрыт) снижается давление в полости 23 силового привода. В гидравлическом его варианте полости 23 и 24 сообщаются между собой и с полостью слива устройства 22 управления. Тарелка 9 клапана 4 прижата к седлу 8 только пружиной 20 (устройством, создающим постоянное усилие по прижиму тарелки 9 к седлу 8 клапана 4).

В режиме поддержания положительной плавучести на постоянном уровне клапан 17 закрывается, а клапан 19 открывается, сообщая баллон 12 с забортной средой. Давление в камере 11 клапана 4 будет равно забортному. Баллон 12 в этом случае выступает как преобразователь гидравлического внешнего давления в равное ему воздушное давление. Положение границы раздела воздуха и воды может регулироваться путем подачи в баллон 12 избыточного по отношению к забортному давления при открывании клапана 26.

При всплытии объекта давление в полости 2 цистерны 1 вследствии гидравлического сопротивления движению воды в отверстиях 5 будет выше забортного, что вызовет открытие клапана (клапанов) 4 и сброс воздуха из полости 2 во внешнюю среду.

Принудительный сброс воздуха и соответственно снижение величины положительной плавучести осуществляется устройством 22 управления путем подачи в полость 24 давления воздуха (рабочей жидкости).

Некоторое увеличение положительной плавучести может быть достигнуто принудительным, с помощью силового привода 13 удерживанием клапана 4 в закрытом положении. Вследствие расширения воздуха часть воды из цистерны 1 через отверстия 5 в днище цистерны 1 будет вытеснена во внешнюю среду.

При выполнении устройства формирования управляющего давления в виде трубопровода, соединяющего полость 2 и камеру 11 все управляющие плавучестью функции выполняются устройством 22.

Чуствительность управления плавучестью может корректироваться установкой клапана 19 по отношению к точке соединения полости 2 с баллоном 12.

1. Устройство регулирования положительной плавучести подводного объекта, содержащее по меньшей мере одну цистерну, полость которой выполнена с возможностью заполнения газом для создания положительной плавучести с помощью системы подачи газа, и по меньшей мере один клапан, установленный в верхней части упомянутой цистерны, в нижней части упомянутой цистерны выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, сообщающее полость цистерны с внешней водной средой, при этом клапан имеет корпус с седлом и тарелкой, тарелка жестко связана с поршнем, над которым выполнена камера, соединенная с устройством формирования управляющего давления, которое, в свою очередь, сообщено с верхней частью упомянутой полости цистерны, при этом упомянутый поршень клапана посредством жесткой связи соединен с силовым приводом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое устройство формирования управляющего давления выполнено в виде баллона, один вход которого сообщен с камерой упомянутого клапана, а другой через запорный клапан сообщен с верхней частью полости упомянутой цистерны, при этом баллон выполнен с возможностью сообщения с внешней воздушной средой через второй запорный клапан.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое устройство формирования управляющего давления выполнено в виде трубки, один конец которой подсоединен к камере упомянутого клапана, а другой через запорный клапан подсоединен к верхней части полости упомянутой цистерны.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый клапан содержит устройство, создающее постоянное усилие по прижиму тарелки клапана к седлу.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутое устройство, создающее постоянное усилие по прижиму тарелки клапана к седлу, выполнено в виде пружины.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые тарелка и поршень клапана выполнены как единое целое.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая жесткая связь между поршнем и силовым приводом выполнена в виде штока.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый силовой привод выполнен гидравлическим или пневматическим.