Устройство для измерения осадки плавучего средства в условиях качки
Владельцы патента RU 2284944:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова" (RU)
Изобретение относится к судостроению, а именно к устройствам для измерения осадки судов на волнении или спокойной воде. Устройство содержит два преобразователя давления с электрическим выходом, установленных по одной нормали к основной плоскости плавучего средства, отстоящих один от другого вдоль этой нормали на фиксированном расстоянии, электронный преобразователь и трубу, размещенную на плавучем средстве над этими преобразователями давления и сообщенную с атмосферой своей верхней частью, расположенной вблизи уровня максимальной статической осадки плавучего средства. Труба своей нижней частью, расположенной вблизи уровня минимальной статической осадки плавучего средства, сообщена с преобразователями давления и отдельно через дроссель - с водным забортным пространством. Устройство дополнено непосредственно сообщенным с атмосферой преобразователем давления с электрическим выходом. Все преобразователи давления соединены с электронным преобразователем, на который от них подаются электрические сигналы для определения осадки. Преобразователи давления выполнены в виде датчиков абсолютного давления, имеющих нулевые значения выходных сигналов при поданном на них нормальном атмосферном давлении. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано для измерения осадки преимущественно подводного плавучего средства в условиях качки на волнении или на спокойной воде, включая аварийные ситуации.
Известно устройство для измерения осадки плавучего средства в условиях качки (см. изобретение по патенту РФ №2151710), принятое в качестве прототипа, содержащее два преобразователя давления с электрическим выходом, установленных по одной нормали к основной плоскости плавучего средства, отстоящих один от другого вдоль этой нормали на фиксированном расстоянии, трубу, размещенную на плавучем средстве над этими преобразователями давления, оба из которых выполнены в виде дифференциальных датчиков давления, причем один вход каждого из них сообщен с нижней частью трубы, а другой вход каждого из этих датчиков сообщен с атмосферой, при этом нижняя часть трубы, расположенная вблизи уровня минимальной статической осадки плавучего средства, имеет отдельное сообщение через дроссель с забортной водой, а верхняя часть трубы, расположенная вблизи уровня максимальной статической осадки плавучего средства, сообщена с атмосферой.
При использовании этого устройства на подводном плавучем средстве для сообщения отрицательного входа каждого дифференциального датчика давления с атмосферой требуется дополнительный трубопровод с дополнительной запорной арматурой, а также обеспечение возможности осушения этого воздушного тракта при всплытии плавучего средства. При использовании такого устройства на любых плавучих средствах (подводных и надводных) в указанных воздушных трактах может образовываться конденсат, существует вероятность их засорения. В этих случаях может понижаться точность и достоверность измерения осадки из-за наличия остатков воды в таких трактах или их засорения, усложняется конструкция и эксплуатация устройства.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении точности и достоверности измерения средних по времени значений осадки плавучего средства, а также направлено на упрощение конструкции и эксплуатации устройства путем исключения необходимости сообщения с атмосферой двух его преобразователей давления и соответственно исключения воздушных трактов, устройств и мероприятий для их осушения после всплытия подводного плавучего средства. Исключение воздушных трактов из устройства для измерения осадки соответственно исключает возможность образования конденсата в них при использовании устройства на любых плавучих средствах - подводных и надводных, исключается вероятность засорения таких трактов.
Для этого устройство для измерения осадки плавучего средства в условиях качки, содержащее два преобразователя давления с электрическим выходом, установленных по одной нормали к основной плоскости плавучего средства, отстоящих один от другого вдоль этой нормали на фиксированном расстоянии, трубу, размещенную на плавучем средстве над этими преобразователями давления и сообщенную с атмосферой своей верхней частью, расположенной вблизи уровня максимальной статической осадки плавучего средства, а своей нижней частью, расположенной вблизи уровня минимальной статической осадки плавучего средства, сообщенную с упомянутыми преобразователями давления, и отдельно через дроссель - с водным забортным пространством, и электронный преобразователь, дополнено непосредственно сообщенным с атмосферой преобразователем давления с электрическим выходом, причем все три преобразователя давления выполнены в виде датчиков абсолютного давления, имеющих нулевые значения выходных сигналов при поданном на них нормальном атмосферном давлении.
Кроме того, дополнительный преобразователь давления может быть выполнен выносным или выдвижным.
При этом труба в ее пределах может быть оборудована стационарной или съемной прозрачной вставкой и шкалой.
При использовании такого устройства для измерения осадки на подводном плавучем средстве (после его всплытия) наличие дополнительного преобразователя давления, с непосредственно сообщенным с атмосферой чувствительным элементом (не требующим мероприятий по осушению его входа, например, с открытым чувствительным элементом), позволяет с высокой точностью измерять атмосферное давление и автоматически учитывать его при определении осадки. Использование в устройстве только преобразователей абсолютного давления, имеющих только один вход и нулевые значения выходных сигналов при поданном на них нормальном атмосферном давлении (при давлении выше нормального - выходные сигналы имеют положительные значения, при давлении ниже нормального - отрицательные значения), исключает необходимость сообщения основных преобразователей давления с атмосферой. При этом нет необходимости осушения соответствующих воздушных трактов (после всплытия подводного плавучего средства) из-за их отсутствия, соответственно исключается возможность образования конденсата в них при использовании устройства на любых плавучих средствах - подводных и надводных. Соответственно исключается вероятность засорения таких трактов, что повышает точность и достоверность измерений осадки, упрощается конструкция и эксплуатация устройства.
Исполнение дополнительного преобразователя давления (например, на подводном плавучем средстве) переносным или выдвижным позволяет повысить точность и достоверность измерений атмосферного давления и соответственно осадки, путем исключения нахождения в воде этого преобразователя (его чувствительного элемента) и связанных с этим отрицательных воздействий (давления, коррозии и т.п.).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема размещения преобразователей давления и трубы относительно корпуса плавсредства, на фиг.2 - блок-схема устройства.
Устройство для измерения осадки плавучего средства в условиях качки содержит преобразователи давления 1 и 2, выполненные в виде датчиков абсолютного давления, имеющие нулевые значения выходных сигналов при поданном на их входы нормального атмосферного давления, установленные по одной нормали к основной плоскости плавсредства, отстоящие один от другого и от основной плоскости на фиксированных расстояниях, трубу 3, размещенную на плавсредстве над преобразователями давления 1 и 2, причем вход каждого из них сообщен трубопроводом 4 с нижней частью трубы 3, при этом нижняя часть трубы 3 отдельно сообщена через дроссель 5 трубопроводом 6 с забортной водой, а верхняя часть трубы 3 сообщена с атмосферой, дополнительный преобразователь давления 7, выполненный в виде датчика абсолютного давления, имеющий нулевое значение выходного сигнала при поданном на его вход нормального атмосферного давления, непосредственно сообщаемый с атмосферой. При этом дополнительный преобразователь давления 7 может быть выносным или выдвижным. Также труба 3 в ее пределах может быть оборудована стационарной или съемной прозрачной вставкой и шкалой. При этом преобразователи давления 1, 2 и 7 электрически соединены с электронным преобразователем 8 (фиг.2). Пунктиром на фиг.1 показана возможность размещения трубы 3 с отклонением от нормали к основной плоскости плавсредства, на которой размещены преобразователи давления 1 и 2, не приводящая к изменению результата измерения осадки плавсредства по электрическому каналу осадкомера.
Устройство работает следующим образом. Труба 3 сообщается верхней частью с атмосферой, а нижней частью через дроссель 5 и трубопровод 6 с забортной водой. При этом уровень заборной воды в трубе на спокойной воде находится в плоскости действующей ватерлинии, а преобразователи давления 1 и 2 измеряют значения абсолютного давления, обусловленные давлением водяного столба над каждым из этих преобразователей и атмосферным давлением, а преобразователь 7, непосредственно сообщенный с атмосферой, измеряет значения абсолютного атмосферного давления. При этом выходные сигналы преобразователей давления 1, 2 и 7 имеют нулевые значения, при поданном на них (при настройке) нормальном атмосферном давлении.
Для определения осадки плавсредства используется формула
где
P1 и Р2 - значения давлений, обусловленные уровнем воды в трубе 3 и атмосферным давлением, измеряемые преобразователями давления 1 и 2 относительно нормального атмосферного давления,
Р3 - атмосферное давление, измеряемое преобразователем давления 7 относительно нормального атмосферного давления,
Z1 и Z2 - аппликаты точек расположения чувствительных элементов преобразователей давления 1 и 2 соответственно.
При этом электрические сигналы с преобразователей давления 1, 2 и 7 подаются на электронный преобразователь 8. Благодаря тому, что колебания уровня воды трубе 3 демпфированы для величины электрического сигнала на выходе электронного преобразователя 8, выполняющего математические операции по формуле (1), справедливо общее выражение для средней по времени величины осадки Т, измеряемой вдоль нормали, на которой размещены преобразователи абсолютных давлений 1 и 2
где
t2-t1 - временной интервал за который осредняется текущее значение осадки плавсредства,
T(t) - текущее значение осадки плавсредства.
При этом электронный преобразователь 8 может включать в себя дополнительно один и более сглаживающих фильтров для уменьшения динамической ошибки при определении средней по времени осадки плавсредства.
1. Устройство для измерения осадки плавучего средства в условиях качки, содержащее два преобразователя давления с электрическим выходом, установленных по одной нормали к основной плоскости плавучего средства, отстоящих один от другого вдоль этой нормали на фиксированном расстоянии, трубу, размещенную на плавучем средстве над этими преобразователями давления и сообщенную с атмосферой своей верхней частью, расположенной вблизи уровня максимальной статической осадки плавучего средства, и своей нижней частью, расположенной вблизи уровня минимальной статической осадки плавучего средства, сообщенную с упомянутыми преобразователями давления и отдельно через дроссель с водным забортным пространством, и электронный преобразователь, отличающееся тем, что оно дополнено непосредственно сообщенным с атмосферой преобразователем давления с электрическим выходом, а все преобразователи давления соединены с электронным преобразователем, на который от них подаются электрические сигналы для определения осадки, при этом преобразователи давления выполнены в виде датчиков абсолютного давления, имеющих нулевые значения выходных сигналов при поданном на них нормальном атмосферном давлении.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный преобразователь давления выполнен выносным или выдвижным.
