Буксируемое устройство

Изобретение относится к области исследований территорий и сооружений, в частности к регистрации характеристик параметров физических полей объектов и территорий, и может быть использовано в разных сферах применения, таких как геофизические исследования, диагностика зданий и протяженных сооружений, например трубопроводов, сейсморазведка, система поиска аномалий полей, например с учетом напряженно-деформированного состояния конструкции и особенностей (потенциально опасных участков, дефектов сплошности металла и других материалов, утечек транспортируемого продукта, поиска рудных месторождений и скрытых предметов). Устройство содержит раму, средство размещения на указанной раме по меньшей мере одного прибора, регистрирующего параметр физического поля, размещенного в защитном водонепроницаемом корпусе, по меньшей мере одного средства изменения плавучести, средств защиты, обеспечивающих сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средств, обеспечивающих жесткость всей конструкции, при этом устройство выполнено с возможностью буксировки, а рама оборудована гидростабилизаторами, в виде плавучих якорей-парашютов или водяных якорей, обеспечивающими натяжение буксировочных лееров. Технический результат заключается в повышении точности определения характеристик физического поля подводного объекта при одновременном упрощении аппаратурного оформления. 8 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области исследований территорий и сооружений, в частности, к регистрации характеристик параметров физических полей скрытых или открытых подземных или подводных объектов и территорий, и может быть использовано в разных сферах применения, таких как геофизические исследования, диагностика зданий и протяженных сооружений, например, трубопроводов, сейсморазведка, система поиска аномалий полей, например, с учетом напряженно-деформированного состояния конструкции и особенностей (потенциально опасных участков, дефектов сплошности металла и других материалов, утечек транспортируемого продукта, поиска рудных месторождений и скрытых предметов).

Известна (RU, патент 2451309, опубл. 20.05.2012) подводная исследовательская сейсмическая система для использования при подземных сейсмических исследованиях, содержащая исследовательское судно и по меньшей мере одну сейсмокосу, выполненную с возможностью буксирования судном; причем сейсмокоса связана с детектирующей аппаратурой, контроллером глубины погружения, по меньшей мере одним задатчиком высоты и системой рулевого управления; при этом контроллер глубины погружения и указанный, по меньшей мере, один задатчик высоты выполнены с возможностью удерживания сейсмокосы в положении вблизи морского дна при буксировании ее судном; при этом контроллер глубины погружения является активно управляемым устройством и обеспечивает вертикальное и - горизонтальное маневрирование, а указанный, по меньшей мере, один задатчик высоты выполнен с возможностью поддержания положения и осуществления коррекции положения сейсмокосы по высоте над морским дном; детектирующая аппаратура выполнена с возможностью приема и записи данных, когда сейсмокоса находится в движении относительно морского дна при ее буксировании судном.

Недостатком известного устройства следует признать невысокую точность регистрируемых характеристик физического поля и ограниченность применения (лишь для сейсмического сигнала).

Известно (RU, патент 2454684, опубл. 27.06.2012) буксируемое устройство для электромагнитной съемки, включающее: несущую раму передатчика круговой формы или приближающейся к круговой; контур передатчика для генерирования первичного магнитного поля в направлении земли, при этом несущая рама передатчика поддерживает контур передатчика; соединительные тросы и буксирный трос для подвешивания несущей рамы передатчика с летательного аппарата, при этом каждый соединительный трос снабжен первым концом, с помощью которого подвешен соответствующий участок окружности несущей рамы передатчика, и концом, противоположным первому концу, соединяющимся с буксирным тросом; несколько натяжных тросов, которые отходят от центрального узла к соответствующим участками несущей рамы передатчика; трубчатую несущую раму приемника, образующую многоугольное или круговое кольцо, поддерживаемой, по меньшей мере, несколькими натяжными тросами; оболочку, расположенную внутри несущей рамы приемника; и устройство контура сенсорного устройства, подвешенное при помощи упругих элементов внутри оболочки, при этом оболочка подвешена с помощью упругих дополнительных элементов со стороны несущей рамы приемника.

Устройство предназначено только для аэрогеологии.

Известно буксирное устройство для подводных носителей аппаратуры (SU, авторское свидетельство 683150, опубл. 23.11. 1987), состоящее из кабель-буксира, по длине которого распределены съемные элементы цилиндрической формы, в которых размещены грузы или носители аппаратуры. Съемные элементы шарнирно прикреплены к кабель-буксиру с использованием кронштейнов и зажимов. Кроме этого каждый съемный элемент жестко связан с обтекателем, который выполнен в виде гидродинамической поверхности и состоит из двух симметричных секций, шарнирно соединенных носовыми частями с возможностью фиксации хвостовых частей в сложенном положении.

Недостатком устройства является прерывистость буксируемой линии, имеющей протяженные участки кабель-буксира, не защищенные обтекателями, что снижает эксплуатационную надежность линии. Это связано с тем, что буксировка линии сопровождается сильными колебаниями, вызванными нестационарностью потока в кильватерном следе. Вследствие этого происходит произвольное разворачивание шарнирно закрепленных съемных блоков, скручивание кабель-буксира, раскрытие обтекателей, что может привести в повреждению кабельной системы. Также недостатком следует признать невысокую точность измерения параметров физического поля вследствие недостаточной фиксации ориентации датчиков по направлению регистрации векторов физических полей.

Указанный источник информации принят в качестве ближайшего аналога.

Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширении арсенала средств исследования физических полей различных подводных объектов.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении точности определения характеристик физического поля подводного объекта при одновременном упрощении аппаратурного оформления.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное буксируемое устройство. Разработанное буксируемое устройство предназначено для размещения, по меньшей мере, одного перемещаемого вдоль выбранной оси прибора для регистрации физических полей над поверхностью подводного объекта. Оно содержит раму, средство размещения на указанной раме, по меньшей мере, одного прибора, регистрирующего параметр физического поля, размещенного в защитном водонепроницаемом корпусе, по меньшей мере, одного средства изменения плавучести, средств защиты, обеспечивающих сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средств, обеспечивающих жесткость всей конструкции, при этом устройство выполнено с возможностью буксировки, которая осуществляется с использованием самодвижущегося судна на поверхности воды или в толще воды.

В предпочтительном варианте реализации устройство выполнено с возможностью буксировки с использованием, по меньшей мере, двух лееров, закрепленных на устройстве с образованием системы растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции.

В некоторых вариантах реализации разработанного устройства буксировку осуществляется с использованием двух лееров (тросов), сброшенных с судна и закрепленных на левом и правом концах конструкции.

Однако, не исключен вариант реализации, при котором буксировку осуществляют с использованием нескольких лееров, в том числе образующих кошель (трал) или иную систему растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции.

Рама может быть дополнительно оборудована гидростабилизаторами, обеспечивающими стабилизацию перемещения и плавность хода устройства, а также равномерность движения в режиме многочисленных течений и разных направлений ветра и волн и путем натяжения буксировочных лееров за счет тормозного усилия, прикладываемого к задней части конструкции; причем, предпочтительно, гидростабилизаторы дополнительно снабжены средствами изменения плавучести, обеспечивающими в совокупности требуемую плавучесть задней части конструкции, необходимую для максимально приближенного к горизонтальному положению конструкции.

Гидростабилизаторы могут быть выполнены в виде плавучих якорей-парашютов или водяных якорей (фирма «Attackpoint», РФ - конусовидных, пирамидальных, парашют штормовой дороги, Жордана). Количество гидростабилизаторов зависит от необходимости корректировки курса устройства при наличии смещающих течений в разных направлениях (поперечном, сдвиговом и т.п.).

Их обычно закрепляют на задней части рамы.

Устройство может дополнительно содержать крепление для размещения, по меньшей мере, одного средства подводной навигации, обеспечивающего определение положения устройства под водой в каждый момент времени и/или его пространственной ориентации.

В частности, устройство может быть оборудовано системой инерциальной навигации, позволяющей определять перемещения устройства и его пространственную ориентацию; также устройство может быть оборудовано инклинометром и системой определения курсовой ориентации для определения ориентации устройства, причем для определения курсовой ориентации буксируемое устройство может содержать, например, магнитометр (компас).

В некоторых вариантах реализации для определения ориентации устройство содержит, по меньшей мере, пару приборов подводной навигации, расположенных в разнесенных на конструкции местах.

Устройство предпочтительно содержит источник электрической энергии или кабель подключения к внешнему источнику электрической энергии, в частности, к электрической системе буксирующего плавсредства.

В зависимости от варианта реализации разработанного устройство оно может быть выполнено с возможностью передачи информации от приборов и систем, закрепленных на раме, по радиоканалу, гидроакустическому каналу, проводному каналу или иному доступному каналу связи, при этом возможен вариант, когда на устройстве установлено репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), к которому подключены выходы всех приборов и систем. После окончания работы записанную информацию о зарегистрированных параметрах физического поля с РПЗУ переносят в память персонального компьютера.

Сущность разработанного технического решения будет проиллюстрирована на примере реализации устройства, а также на примере его использования.

Буксируемое устройство содержит раму прямоугольной формы, на которой установлены магнитометр бесконтактный сканирующий и видео-камеры, по проводному каналу подключенных к бортовому компьютеру буксировщика, на раме закрепили два якоря-парашюта, с разнесением мест крепления на противоположные боковые стороны рамы. К энергопотребляющим узлам присоединили внешние источники электропитания. К раме также закрепили два леерас образованием системы растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции. На раме также закрепили два средства изменения плавучести, выполненных в виде мешков из эластичного водо- и газонепроницаемого материала и подключенных через редуктор к газовому баллону, защитные кожуха, обеспечивающие сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средства, обеспечивающих жесткость всей конструкции, в виде перемычек. На раме также разместили пространственно разнесенные три маяка, предназначенных для определения положения и ориентации устройства в каждый момент времени, что позволит провести устройство над осью исследуемого объекта (трубопровода) с известной относительной ориентацией. Результаты сканирования позволили качественно собрать данные регистрации магнитного поля трубопровода и выявить аномалии напряженно-деформированного состояния. Затем в тех же условиях была проведена съемка магнитограммы по заявленному способу.

Устройство было использовано следующим образом.

Просканировали разработанным устройством вдоль оси подводного трубопровода, по меньшей мере, частично заглубленного в грунт, при наличии смещающих поперечных течений и волнения 5 баллов. Движение конструкции с датчиками контролировали системой гидростабилизаторов, установленной на выше охарактеризованном устройстве. Разработанный способ позволяет в каждый момент времени или в конкретные моменты времени определять положение и пространственную ориентацию датчиков.

По итогам сканирования был получен массив данных, которые анализировали в постобработке и по которым выстроили карту распределения измеренной физической величины вдоль линейной координаты объекта. Карта выстроили с использованием наложения массива полученных данных на заранее подготовленную карту измеряемого объекта.

На следующем этапе осуществили анализ данных сканирования с учетом поправки, вносимой за счет известных положения и ориентации всех датчиков по предлагаемому способу. В результате применения способа удалось избавиться от помех, связанных с неравномерностью движения магнитометра и получить магнитограмму, характеризующую реальное состояние объекта исследования

Как следует из полученных результатов, выравнивание движения регистрирующего устройства с применением предлагаемого способа позволило избавиться от помех, вызванных рывками и недопустимыми отклонениями при перемещении магнитометра вдоль оси объекта. При плавном поступательном равномерном движении системы регистрации удалось получить подтверждение того, что аномалии распределения магнитного поля вдоль оси скрытого объекта отсутствуют, т.е. удалось избавиться от ложных сигналов (показаний на наличие несуществующих дефектов трубопровода).

1. Буксируемое устройство для размещения по меньшей мере одного перемещаемого вдоль выбранной оси прибора для регистрации физических полей над скрытым или открытым объектом, отличающееся тем, что оно содержит раму, средство размещения на указанной раме по меньшей мере одного прибора, регистрирующего параметр физического поля, размещенного в защитном водонепроницаемом корпусе, по меньшей мере одного средства изменения плавучести, средств защиты, обеспечивающих сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средств, обеспечивающих жесткость всей конструкции, при этом устройство выполнено с возможностью буксировки, осуществляемой с использованием самодвижущегося судна на поверхности воды или в толще воды, при этом рама дополнительно оборудована гидростабилизаторами, в виде плавучих якорей-парашютов или водяных якорей, обеспечивающими натяжение буксировочных лееров за счет тормозного усилия, прикладываемого к задней части конструкции, причем гидростабилизаторы дополнительно снабжены средствами изменения плавучести, обеспечивающими в совокупности требуемую плавучесть задней части конструкции, необходимую для максимально приближенного к горизонтальному положения конструкции.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью буксировки по меньшей мере двух лееров, закрепленных на устройстве с образованием системы растяжек, обеспечивающих равномерную передачу натяжения на элементы конструкции.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидростабилизаторы закреплены на задней части рамы.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит крепление для размещения по меньшей мере одного средства подводной навигации, обеспечивающего определение положения устройства под водой в каждый момент времени и/или его пространственной ориентации.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно оборудовано системой инерциальной навигации для определения его перемещения и пространственной ориентации.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно оборудовано инклинометром и системой определения курсовой ориентации для определения ориентации устройства.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно для определения курсовой ориентации содержит магнитометр (компас).

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что для определения ориентации оно содержит по меньшей мере пару приборов подводной навигации, расположенных в разнесенных на конструкции местах.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит источник электрической энергии или кабель подключения к внешнему источнику электрической энергии.