Морской буй ледовый

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования - морскому бую ледовому, предназначенному для ограждения фарватеров и предотвращению навигационных опасностей на акваториях, покрывающихся льдом в осенне-зимний и весенний периоды. Морской буй содержит обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, стабилизирующий балласт, закрепленный на хвостовике буя, автономный источник электропитания, размещенный в хвостовом отсеке корпуса буя. В качестве автономного источника электропитания буй снабжен автономной инерционной энергетической установкой, размещенной в отсеке внутри корпуса. Энергетическая установка содержит емкостной молекулярный накопитель электрической энергии (двойнослойный конденсатор), подзарядное устройство накопителя, включающее генератор постоянного тока, реле-генератор напряжения, ротор которого жестко соединен с воздушной турбиной (например, турбиной Уэллса), механизм вращения лопастного колеса турбины, воздушную камеру цилиндрической формы, жестко закрепленную к верхней переборке хвостового отсека. Внутри воздушной камеры расположен инерционный поршень, жестко прикрепленный пружинными амортизаторами к верхней и нижней частям воздушной камеры, в которых имеются отверстия, к которым герметично присоединены две воздушные трубы, расположение которых обеспечивает движение сжатого воздуха из воздушной камеры к лопастям колеса турбины за счет колебательного движения вверх-вниз инерционного поршня. Повышается надежность и долговечность функционирования, а также упрощается процесс эксплуатации в сложных климатических условиях. 1 ил.

 

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования - к морскому бую ледовому, предназначенному для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на акваториях, покрывающихся льдом в осенний, зимний и весенний периоды.

Известны буи различного назначения, в т.ч. и морские буи ледовые, удерживаемые в заданном месте акватории при помощи якорного устройства, (см. авторские свидетельства №114241, 156857, 157230, 195914, 592663 по кл. В63В 21/52, 586533 по кл. 321; патенты США №3794907, 3818312; патенты Великобритании №1357427, 1368202 по кл. 1; патенты Франции №2193284, 2215743 за 1974 г. по кл. НО2М 7/52-1).

Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является навигационный буй, описанный в авторском свидетельстве №114241, имеющий обтекаемый (сигарообразный) герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру, расположенную в головной части корпуса буя, стабилизирующий балласт (весовую массу), закрепленный на хвостовике буя, автономный источник электропитания светооптической аппаратуры буя, размещенный в нижнем хвостовом отсеке корпуса буя, представляющий собой химические источники постоянного тока (гальванические элементы - батареи или аккумуляторы), механизм подключения данного источника питания на разряд к светооптической аппаратуре буя.

Недостатком данного типа морского буя ледового является то, что при его эксплуатации необходимо периодически осуществлять замену электрохимических блоков питания, так как они являются источниками одноразового действия, не подлежащими подзарядке, что значительно снижает эффективность эксплуатации морского буя ледового. Замена источников питания морского буя ледового в настоящее время производится в местах использования буя, что, в свою очередь, связано с выходом корабля гидрографической службы для производства этих работ, которые трудоемки из-за необходимости подъема буя на палубу корабля, замены или подзарядки источников тока и постановки буя на прежнее место, после чего необходимо проверить координаты постановки буя, его световые характеристики, что в свою очередь ведет к значительной затрате времени и моторесурса обеспечивающего корабля, особенно на удаленных акваториях и при неблагоприятных погодных условиях.

Известны также энергетические установки для буев различного назначения, содержащие электролитический аккумулятор, генератор переменного тока, механизм вращения ротора этого генератора, использующий энергию ветра или морских волн (см. журнал «Записки по гидрографии» №203 «Волновая энергетическая установка», 1979 г. стр.52-54; патент RU-2078249 «Волновая энергетическая установка», 1993 г.; авторское свидетельство №705600 за 1979 г. по кл. 502, 7/32, НО3К 3/53; патент США №393801 g, 1976 г., по кл. 320-1; патент Великобритании №1448053 за 1976 г. по кл. Н2Н; патенты Франции №290774 за 1976 г. по кл. HO2J 7/32; патент Японии №511019, 51-3054 за 1976 г. по кл. 5057D1; патент ФРГ №2605569 за 1976 по кл. HO2J 7/32).

Недостатком данных известных энергетических установок является то, что при их использовании механизм вращения ротора электрического генератора устанавливается на внешней стороне герметичного корпуса морского буя с целью использования энергии окружающей среды.

Это обстоятельство обуславливает низкую надежность эксплуатации буя в ледовых условиях, поскольку при подвижке ледяных полей буй уходит под лед и при этом испытывает значительные ударные нагрузки, которые могут вывести из строя наружные элементы энергетической установки.

Целью настоящего изобретения является существенное повышение надежности и долговечности функционирования, а также простоты обслуживания морского буя ледового в сложных условиях, дающих в целом резкое сокращение финансовых затрат при его эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что морской буй ледовый, имеющий обтекаемый (сигарообразный) герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, стабилизирующий балласт (весовую массу), закрепленный на хвостовике буя, механизм подключения данного источника электропитания светооптической аппаратуры буя ледового, при этом выход данного автономного источника электропитания соединен через данный механизм с входом светооптической аппаратуры и снабжен в качестве автономного источника электропитания светооптической аппаратуры автономной инерционной поршневой воздушной энергетической установкой, размещенной внутри в заданном отсеке буя ледового, содержащей емкостной молекулярный накопитель электрической энергии (двойносложный конденсатор), подзарядное устройство данного накопителя, расположенное внутри заданного отсека буя ледового, содержащее генератор постоянного тока с реле-регулятором напряжения, ротор которого жестко соединен с введенной воздушной турбиной, например турбиной Уэллса, механизм вращения лопастного колеса турбины Уэллса, содержащий воздушную герметическую емкость, например, продолговатой цилиндрической формы, расположенный по вертикали в заданном отсеке буя ледового, корпус которой жестко закреплен к внутренней стенке заданного отсека буя ледового.

Внутри данной емкости расположен введенный инерционный поршень, имеющий определенную массу и прикрепленный сверху и снизу к внутреннему корпусу заданной емкости с помощью введенных пружинных амортизаторов. В нижней и верхней частях данной емкости в заданных местах образованы два отверстия определенного диаметра, к которым прикреплены жестко и герметично введенные две воздушные трубы, расположение которых обеспечивает движение струи сжатого воздуха к лопастям колеса турбины Уэллса, обусловленного перемещением инерционного поршня вверх и вниз за счет перемещения буя ледового по вертикали вверх и вниз под воздействием колебания уровня на акватории, обусловленное волнением и приливо-отливными колебаниями уровня.

Принцип действия инерционно-поршневой волновой энергетической установки основан на колебаниях инерционного поршня с пружинными амортизаторами, введенного в воздушную камеру, вызванных вертикальными перемещениями морского буя ледового под воздействием колебательных движений морских волн. Колебания инерционного поршня вверх и вниз внутри воздушной камеры обеспечивают подачу сжатого воздуха по воздуховодным трубкам, герметично присоединенным к отверстиям воздушной камеры, на лопатки рабочего колеса турбины Уэллса, жестко скрепленного с ротором генератора постоянного тока, который в своем составе имеет реле-регулятор напряжения. После того как генератор разовьет напряжение большее, чем внутреннее напряжение накопителя энергии, начнется процесс накопления энергии в накопителе. После полного заряда накопителя энергии, реле-регулятор напряжения переключает генератор на электрическую цепь механизма подключения светооптической аппаратуры. При отсутствии волнения на море и, как следствие, прекращения работы зарядного устройства, электропитание светооптической аппаратуры осуществляется непосредственно от накопителя энергии.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных источников информации не выявлен морской буй ледовый, снабженный в качестве автономного источника электропитания светооптической аппаратуры, заявленной инерционно-поршневой волновой энергетической установкой, размещенной внутри герметичного корпуса буя.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленные отличительные технические признаки морского буя ледового при его использовании могут существенно повысить надежность, долговечность и значительно упростить процесс эксплуатации морского буя ледового.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные средства навигационного оборудования, стандартное оборудование и приспособления для модернизации этих средств.

Пример реализации

На чертеже изображен вид заявленного морского буя ледового с расположением внутри его корпуса предлагаемых технических средств и их структурное соединение.

Морской буй ледовый имеет обтекаемый (сигарообразный) герметичный корпус 1, разделенный водонепроницаемыми переборками 2 на отсеки, нижний хвостовой отсек 3 с балластом 4, рым 5 для крепления якорной цепи 6, светооптический излучатель 7 с защитным колпаком 8, механизм подключения светооптической аппаратуры 9, инерционно-поршневую волновую энергетическую установку, размещенную в хвостовом отсеке 3, состоящую из молекулярного емкостного накопителя энергии 10, подзарядного устройства данного накопителя, включающего в себя генератор постоянного тока 11 с реле-регулятором напряжения 12, рабочее колесо воздушной турбины Уэллса 13, жестко соединенное с якорем генератора 11, воздушную камеру 14 цилиндрической формы, расположенную вертикально и жестко закрепленную к верхней переборке хвостового отсека 3. Внутри воздушной камеры 14 расположен введенный инерционный поршень 15 с заданной массой, который жестко прикреплен к верхней и нижней части воздушной камеры 14 пружинными амортизаторами 16. В верхней и нижней части воздушной камеры 14 имеются отверстия 17, к которым герметично присоединены две воздуховодные трубки 18, расположение которых обеспечивает движение сжатого воздуха из воздушной камеры 14 к лопаткам рабочего колеса турбины Уэллса 13, обусловленное колебательными движениями вверх и вниз инерционного поршня 15, которые в свою очередь вызываются вертикальными перемещениями морского буя ледового на волнах.

Работа энергетической установки морского буя ледового происходит следующим образом. Морской буй ледовый, имеющий обтекаемую (сигарообразную) форму и положительную плавучесть, под воздействием балласта 4, закрепленного на хвостовике буя 3, принимает вертикальное положение и сохраняет необходимую устойчивость в месте постановки на морской акватории. Вследствие волнения водной поверхности возникают вертикальные колебательные движения буя, что вызывает колебательные движения вверх и вниз инерционного поршня 15, введенного в воздушную камеру 14, в результате чего сжатый воздух из воздушной камеры 14 через отверстия 17 по воздуховодным трубкам 18 поступает на лопатки рабочего колеса турбины Уэллса 13 и начинает вращение в постоянном направлении рабочего колеса 13 с жестко скрепленным с ним ротором генератора 11, который вырабатывает постоянный электрический ток, поступающий через реле-регулятор напряжения 12 в молекулярный емкостный накопитель энергии 10. По электрическим связям 19 ток поступает в механизм подключения светооптической аппаратуры 9, что в свою очередь вызывает свечение светооптического излучателя 7. Процесс накопления энергии начинается после того, как генератор 11 разовьет напряжение большее, чем внутреннее напряжение накопителя энергии 10, а после полного заряда реле-регулятор напряжения 12 переключит генератор-11 на электрическую цепь 19 механизма подключения светооптической аппаратуры 9.

Емкостный молекулярный накопитель энергии 10 представляет собой супераккумулятор нового поколения на основе двойнослойного конденсатора (см. материалы Конкурса русских инновационных проектов, Москва, 2001/2008 гг.) и имеет улучшенные технические характеристики по сравнению с существующими химическими источниками тока, а именно:

- высокая удельная мощность 10-30 кВт на кг;

- малый вес (аккумулятор весом 1 кг имеет емкость 150 А/ч);

- рабочее напряжение 12 В;

- экологическая безопасность;

- устойчивость к механическим воздействиям;

- герметичность;

- многократность разрядов в режиме короткого замыкания;

- возможность полного разряда;

- возможность ускоренного заряда;

- низкая себестоимость производства (в 2-5 раз ниже традиционной);

- диапазон рабочих температур -45°+85°С

- срок эксплуатации 8-10 лет.

Технико-экономическая эффективность заявленного устройства заключается в существенном повышении надежности, долговечности и упрощении процесса эксплуатации морского буя ледового и тем самым значительном сокращении финансовых расходов на его обслуживание, которое обеспечивается благодаря предложенным отличительным техническим признакам заявленного изобретения, поскольку отпадает необходимость периодических выходов гидрографического корабля к месту постановки морского буя ледового для замены или подзарядки источников электропитания, а расположение всех элементов конструкции внутри герметичного корпуса обеспечит безотказную работу буя в сложных ледовых условиях.

Морской буй ледовый, содержащий обтекаемый (сигарообразный) герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, стабилизирующий балласт (весовую массу), закрепленный на хвостовике буя, автономный источник электропитания светооптической аппаратуры, размещенный в хвостовом отсеке корпуса буя, механизм подключения данного автономного источника электропитания к светооптической аппаратуре, причем выход данного автономного источника электропитания соединен через данный механизм с входом светооптической аппаратуры, отличающийся тем, что он снабжен в качестве автономного источника электропитания светооптической аппаратуры автономной инерционной поршневой воздушной энергетической установкой, размещенной внутри в заданном отсеке буя ледового, содержащей емкостной молекулярный накопитель электрической энергии (двойнослойный конденсатор), подзарядное устройство данного накопителя, расположенное внутри заданного отсека буя ледового, содержащее генератор постоянного тока с введенным реле-регулятором его напряжения, ротор которого жестко соединен с введенной воздушной турбиной, например турбиной Уэллса, механизм вращения лопастного колеса турбины Уэллса, содержащий воздушную герметическую емкость, например, продолговатой цилиндрической формы, расположенный по вертикали в заданном отсеке буя ледового, корпус которой жестко закреплен к внутренней стенке заданного отсека буя ледового, внутри данной емкости расположен введенный инерционной поршень, имеющий заданную массу, прикрепленный сверху и снизу к внутреннему корпусу заданной емкости с помощью введенных пружинных амортизаторов, в нижней и в верхней части данной емкости, в заданных местах образованы два отверстия заданного диаметра, к которым прикреплены жестко и герметично введенные две воздушные трубы, расположение которых обеспечивает движение струй сжатого воздуха к лопастям колеса турбины Уэллса.