RU2137662C1 - Scanning thermal buoy - Google Patents
Scanning thermal buoy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137662C1 RU2137662C1 RU98120544A RU98120544A RU2137662C1 RU 2137662 C1 RU2137662 C1 RU 2137662C1 RU 98120544 A RU98120544 A RU 98120544A RU 98120544 A RU98120544 A RU 98120544A RU 2137662 C1 RU2137662 C1 RU 2137662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bellows
- rod
- cylindrical housing
- buoy
- scanning
- Prior art date
Links
Landscapes
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике освоения океана, а именно к подводным аппаратам - буям с изменяемой плавучестью. The invention relates to techniques for the development of the ocean, namely to underwater vehicles - buoys with variable buoyancy.
Известно устройство перемещения подводного аппарата по глубине, использующее нагревание рабочего тела с помощью электронагревателя и преобразование теплового расширение рабочего тела в изменение плавучести подводного аппарата (США, пат. N 4183316, B 63 B 39/04, 1980 г.). Известно также устройство перемещения по глубине, содержащее герметичный прочный корпус с балластной камерой и рабочее тело, заключенное в сильфоне, взаимодействующим с системой принудительной подачи-выпуска воздуха в балластную камеру (Великобритания, заявка N 1532411, В 63 С 11/30, 1978 г.). A device for moving the underwater vehicle in depth, using heating the working fluid using an electric heater and converting the thermal expansion of the working fluid into a change in the buoyancy of the underwater vehicle (USA, US Pat. N 4183316, B 63 B 39/04, 1980). Also known is a depth moving device comprising a sealed, robust housing with a ballast chamber and a working fluid enclosed in a bellows cooperating with a forced air supply and exhaust system into the ballast chamber (United Kingdom, Application No. 1532411, B 63 C 11/30, 1978 )
В качестве ближайшего аналога принят патент Российской Федерации N 2081782 (В 63 G 8/24, В 63 В 22/00, В 63 G 8/22) 1994 г. на устройства перемещения по глубине подводного аппарата, в котором для перемещения используется градиент температуры окружающих вод океана. В патенте описано устройство, включающего в себя герметичный прочный корпус с балластной камерой, соединенной посредством управляемого клапана с окружающей средой, и рабочей камерой, заполненной рабочим телом (жидкостью), между которым установлена перегородка, выполненная с цилиндрическим отверстием, в котором размещен пуансон, взаимодействующий с герметичной эластичной оболочкой со сжатым газом, установленной в балластной камере между поршнем и корпусом. Подводный аппарат выдерживают в верхней точке траектории до нагрева рабочего тела до температуры окружающей среды и образования в балластной камере пониженного давления, после чего сообщают балластную камеру с окружающей средой на время приема маневрового балласта, а при достижении аппаратом нижней точки траектории выдерживают его до охлаждения рабочего тела до температуры окружающей среды на соответствующей глубине и образования в балластной камере повышенного давления, после чего сообщают балластную камеру с окружающей средой на время удаления маневрового балласта. As the closest analogue, the patent of the Russian Federation N 2081782 (B 63 G 8/24, B 63 V 22/00, B 63 G 8/22) 1994 was adopted for a device for moving along the depth of an underwater vehicle, in which a temperature gradient is used to move surrounding ocean waters. The patent describes a device that includes a sealed durable housing with a ballast chamber connected by a controlled valve to the environment and a working chamber filled with a working fluid (liquid), between which a partition is made, made with a cylindrical hole in which a punch interacting with a sealed elastic shell with compressed gas installed in the ballast chamber between the piston and the housing. The underwater vehicle is maintained at the upper point of the trajectory until the working fluid is heated to ambient temperature and low pressure is formed in the ballast chamber, after which the ballast chamber is informed of the environment for the duration of receiving the shunting ballast, and when the apparatus reaches the lower point of the trajectory, it is held until the working fluid is cooled to ambient temperature at an appropriate depth and the formation of increased pressure in the ballast chamber, after which the ballast chamber is informed with the environment shunting ballast removal time.
Устройства, описанные в патенте, не достаточно надежны, так как используют поршни, находящиеся при высоком давлении и перемещающиеся с изменением внешней температуры, и не могут работать в автоматическом режиме. The devices described in the patent are not reliable enough, since they use pistons that are at high pressure and move with a change in external temperature, and cannot work in automatic mode.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности теплового устройства изменения плавучести и использования данного устройства в режиме автоматического сканирования по глубине. The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of a thermal device for changing buoyancy and using this device in an automatic depth scanning mode.
Технический эффект достигается в устройстве, включающем в себя прочный цилиндрический корпус, содержащий приборный контейнер и стальной сильфон, упирающийся одной торцевой стенкой в боковую поверхность цилиндрического корпуса, стальную пружину, зажатую между второй торцевой стенкой сильфона и противоположной боковой стенкой цилиндрического корпуса, а также стопор, взаимодействующий подпружиненным шариком со штоком с двумя углублениями, жестко соединенным со второй торцевой стенкой сильфона, и герметически соединенный с этим сильфоном сильфон меньшего диаметра, причем общее внутреннее пространство сильфонов заполнено легко испаряемой жидкостью, находящейся в равновесии со своими парами, а противоположные торцевые стенки сильфонов жестко соединены стержнем, проходящим через их общую внутреннюю полость. The technical effect is achieved in a device including a robust cylindrical body containing an instrument container and a steel bellows abutting against one side wall of the cylindrical body, a steel spring sandwiched between the second end wall of the bellows and the opposite side wall of the cylindrical body, as well as a stopper, interacting with a spring ball with a rod with two recesses, rigidly connected to the second end wall of the bellows, and hermetically connected to this bellows The bellows are smaller in diameter, with the common internal space of the bellows filled with an easily evaporated liquid in equilibrium with its vapor, and the opposite end walls of the bellows are rigidly connected by a rod passing through their common internal cavity.
На чертеже показана принципиальная схема устройства сканирующего теплового буя. The drawing shows a schematic diagram of a scanning thermal buoy device.
Устройство (фиг. 1) состоит из прочного цилиндрического корпуса 1, содержащего приборный отсек 2, стальной сильфон большего диаметра 3, который первым торцом соединен с боковой поверхностью корпуса, а вторым упирается в стальную пружину 4 и жестко соединяется со штоком 5, имеющим два углубления 6 с формой, близкой к полусферической, и взаимодействующим со стопором 7 через шарик 8, прижимаемый стопорной пружиной 9, а также из сильфона меньшего диаметра 10, выходящего за пределы прочного корпуса. Сильфон большего диаметра герметически соединен с сильфоном меньшего диаметра и они вместе образуют замкнутый объем, заполненный легко испаряемой жидкостью, находящейся в равновесии со своими парами. Сильфоны соединяются торцами, при этом часть торцевой поверхности большого сильфона упирается в боковую поверхность прочного корпуса, а сильфон меньшего диаметра выходит наружу через отверстие в боковой поверхности прочного корпуса. Противоположные торцевые поверхности сильфонов жестко соединены через стержень 11, проходящий через их внутренний объем. Стопор жестко крепится к боковой поверхности цилиндрического отсека. Шток свободно проходит через отверстие в боковой стенке приборного отсека и расположенную внутри отсека трубку. The device (Fig. 1) consists of a strong cylindrical body 1, containing the instrument compartment 2, a steel bellows of larger diameter 3, which is connected by the first end to the side surface of the body, and the second abuts against the steel spring 4 and is rigidly connected to the rod 5 having two recesses 6 with a shape close to hemispherical, and interacting with the stopper 7 through the ball 8, pressed by the stop spring 9, as well as from a bellows of a smaller diameter 10, extending beyond the strong housing. The bellows of larger diameter are hermetically connected to the bellows of smaller diameter and together they form a closed volume filled with an easily evaporated liquid in equilibrium with its vapor. The bellows are connected by the ends, while part of the end surface of the large bellows abuts against the side surface of the durable case, and the bellows of smaller diameter comes out through the hole in the side surface of the durable case. Opposite end surfaces of the bellows are rigidly connected through a rod 11 passing through their internal volume. The stopper is rigidly attached to the side surface of the cylindrical compartment. The rod passes freely through the hole in the side wall of the instrument compartment and the tube located inside the compartment.
Устройство работает следующим образом. На поверхности океана рабочая жидкость во внутреннем пространстве сильфоной пары 3, 10 нагревается, кипит, давление насыщенных паров повышается. Сила, действующая на вторую (внешнюю) торцевую поверхность большего сильфона 3, больше, чем сила, действующая на торцевую поверхность малого сильфона 10 в противоположном направлении, так как эти силы пропорциональны соответствующим площадям поверхностей. В результате сильфон большего диаметра 3 стремится разжаться. Сила, действующая со стороны штока 5 на стальной шарик 8 стопорного механизма 7, увеличивается. Как только рабочая жидкость нагреется и давление внутри сильфонов достигнет большой величины, стальной шарик 8 сдавит стопорную пружину 9 и силой штока будет вдавлен из первого углубления 6 штока 5 внутрь стопора 7, сильфон большого диаметра 3 раздвинется, шток 5 продвинется внутрь приборного отсека 2, пружина 4 сожмется, сильфон меньшего диаметра 10, увлекаемый стержнем 11, также сожмется. Шток 5 продвинется на расстояние, при котором стопорный механизм 7 окажется напротив второго углубления, стальной шарик 8, прижимаемый стопорной пружиной 9, западет в углубление и зафиксирует шток 5 в этом положении. Сжатие наружного сильфона малого диаметра приведет к уменьшению объема буя и он начнет опускаться под воду. В глубине моря рабочая жидкость охладится, пар конденсируется, давление насыщенных паров уменьшится и сила, действующая на пружину со стороны сильфона большего диаметра 3, начнет уменьшаться. Пружина 4 стремится сжать сильфон 3 и вернуть шток 5 в исходное состояние. Сила, действующая со стороны штока 5 на стальной шарик 8 стопорного механизма 7, теперь уже увеличивается в противоположном направлении. Как только рабочая жидкость охладится и давление внутри сильфонов 3, 10 упадет, стальной шарик 8 вдавится внутрь стопора 7, шток 5 высвободится, пружина 4 раздвинется, сжимая сильфон большего диаметра 3, а сильфон малого диаметра 10 раздвинется под действием внутреннего стержня 11. Шток перемещается до тех пор, пока стальной шарик 8 не западет в первое углубление штока 5 и не зафиксируется в исходном положении. Растяжение сильфона малого диаметра 10 приводит к увеличению объема буя и он поднимается к поверхности моря. The device operates as follows. On the surface of the ocean, the working fluid in the inner space of the bellows pair 3, 10 heats up, boils, the pressure of saturated vapor rises. The force acting on the second (external) end surface of the larger bellows 3 is greater than the force acting on the end surface of the small bellows 10 in the opposite direction, since these forces are proportional to the corresponding surface areas. As a result, a larger diameter 3 bellows tends to unclench. The force acting from the side of the rod 5 on the steel ball 8 of the locking mechanism 7 increases. As soon as the working fluid is heated and the pressure inside the bellows reaches a large value, the steel ball 8 will compress the locking spring 9 and the force of the rod will be pressed from the first recess 6 of the rod 5 into the stopper 7, the bellows of the large diameter 3 will expand, the rod 5 will advance into the instrument compartment 2, the spring 4 is compressed, a bellows of a smaller diameter 10, carried away by the rod 11, is also compressed. The rod 5 will advance a distance at which the locking mechanism 7 will be opposite the second recess, the steel ball 8, pressed by the locking spring 9, will sink into the recess and fix the rod 5 in this position. Compression of the outer bellows of small diameter will reduce the volume of the buoy and it will begin to sink under the water. In the depths of the sea, the working fluid will cool, the steam will condense, the saturated vapor pressure will decrease, and the force exerted on the spring by the bellows of larger diameter 3 will begin to decrease. Spring 4 seeks to compress the bellows 3 and return the stem 5 to its original state. The force acting from the side of the rod 5 on the steel ball 8 of the locking mechanism 7, is now increasing in the opposite direction. As soon as the working fluid cools and the pressure inside the bellows 3, 10 drops, the steel ball 8 is pressed into the stopper 7, the rod 5 is released, the spring 4 opens, compressing the bellows of larger diameter 3, and the bellows of small diameter 10 moves apart under the action of the inner rod 11. The rod moves until the steel ball 8 sinks into the first recess of the rod 5 and is not fixed in its original position. Stretching a bellows of small diameter 10 leads to an increase in the volume of the buoy and it rises to the surface of the sea.
Приведем расчеты, демонстрирующие работоспособность предлагаемого устройства сканирующего буя. Here are the calculations that demonstrate the operability of the proposed device scanning buoy.
Параметры расчета:
Длина пружины в сжатом состоянии (длина буя) L = 1.0 m
Радиус большого сильфона 3 R = 0.1 m
Радиус малого сильфона 10 r = 0.0225 m
Предельная глубина моря H = 100 m
Рассмотрим два состояния системы "холодное" при температуре 10oC в глубине океана и "теплое" при температуре 20oC на поверхности моря. Рабочая жидкость - фреон 12 (CF2Cl2, см. Физические величины. Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991 г., 1232 с.) имеет давление насыщенных паров P1 = 4,285 атм при температуре 10oC и P2 = 5,012 атм при температуре 15oC.Calculation Parameters:
Compressed spring length (buoy length) L = 1.0 m
Large bellows radius 3 R = 0.1 m
Small bellows radius 10 r = 0.0225 m
Extreme sea depth H = 100 m
We consider two states of the system “cold” at a temperature of 10 o C in the depths of the ocean and “warm” at a temperature of 20 o C on the surface of the sea. The working fluid is Freon 12 (CF 2 Cl 2 , see Physical quantities. Edited by I.S. Grigoriev, E.Z. Meilikhov. - M.: Energoatomizdat, 1991, 1232 p.) Has a saturated vapor pressure P 1 = 4.285 atm at a temperature of 10 o C and P 2 = 5.012 atm at a temperature of 15 o C.
В холодном состоянии в глубине моря равновесие сил выражается следующим уравнением:
kx = P1(S1 - S2) + PwS2,
где k - жесткость пружины; x - сжатие пружины в холодном состоянии;
S1 - площадь торцевой поверхности большего сильфона, S1 = π R2 = 0.0314 m2;
S2 - площадь торцевой поверхности малого сильфона, S2 = π r2 = 0.0016 m2;
Pw = 11 атм - давление воды на глубине 100 м;
На поверхности моря при температуре 20oC равновесие сил удовлетворяет уравнению:
k(x+ Δ x) = P2(S1-S2)+PwS2,
где Δ x - изменение длины пружины по сравнению с холодным состоянием; Pw = 1 атм давление воды на поверхности моря.When cold, deep in the sea, the balance of forces is expressed by the following equation:
kx = P 1 (S 1 - S 2 ) + P w S 2 ,
where k is the stiffness of the spring; x - compression of the spring in the cold state;
S 1 is the surface area of the larger bellows, S 1 = π R 2 = 0.0314 m 2 ;
S 2 is the surface area of the small bellows, S 2 = π r 2 = 0.0016 m 2 ;
P w = 11 atm - water pressure at a depth of 100 m;
On the sea surface at a temperature of 20 o C the balance of forces satisfies the equation:
k (x + Δ x) = P 2 (S 1 -S 2 ) + P w S 2 ,
where Δ x is the change in the length of the spring compared with the cold state; P w = 1 atm water pressure on the sea surface.
Из этих уравнений получаем соотношение для относительного изменения длины пружины. From these equations we obtain the relation for the relative change in the length of the spring.
Если x= 1,0 m то перемещение малого сильфона равно x = 0,196 m, a изменение плавучести буя при изменении температуры на 5 градусов составит Δ V = x • S1 = 0.0016 • 0.196 = 0,.000312 m3 или 372 г, что вполне достаточно для перемещения такого сравнительно небольшого аппарата (1,0x0,2 m) на 100 м.
If x = 1.0 m, then the movement of the small bellows is x = 0.196 m, and the change in buoyancy when the temperature changes by 5 degrees is Δ V = x • S 1 = 0.0016 • 0.196 = 0, .000312 m 3 or 372 g, which is enough to move such a relatively small vehicle (1.0x0.2 m) per 100 m.
Предлагаемое устройство не имеет перемещающихся поршней, снижающих его надежность, все внутренние узлы устройства находятся при небольшом давлении, а перемещение по глубине осуществляется в автоматическом режиме, что и служит достижению поставленной цели. The proposed device does not have moving pistons that reduce its reliability, all internal components of the device are at low pressure, and the depth movement is automatic, which serves to achieve this goal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98120544A RU2137662C1 (en) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Scanning thermal buoy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98120544A RU2137662C1 (en) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Scanning thermal buoy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2137662C1 true RU2137662C1 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=20212257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98120544A RU2137662C1 (en) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Scanning thermal buoy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2137662C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445229C1 (en) * | 2010-12-07 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Scanning probe for operation in ocean |
| RU2482001C2 (en) * | 2011-01-24 | 2013-05-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Method of control over floatability of submarine robot-probe |
| CN106240756A (en) * | 2016-08-26 | 2016-12-21 | 常熟中德重机有限公司 | A kind of shock resistance type combination type buoy |
| RU2609849C1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-02-06 | Александр Григорьевич Островский | Autonomous drifting profiling oceanologic buoy |
| RU2662570C2 (en) * | 2016-12-12 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Device for implementation of underwater vehicle vertical movement method by means of solar energy using control of its buoyancy |
| RU2664613C1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Method of vertical moving underwater vehicle by means of solar energy using control buoyancy thereof |
-
1998
- 1998-11-13 RU RU98120544A patent/RU2137662C1/en active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445229C1 (en) * | 2010-12-07 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Scanning probe for operation in ocean |
| RU2482001C2 (en) * | 2011-01-24 | 2013-05-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Method of control over floatability of submarine robot-probe |
| RU2609849C1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-02-06 | Александр Григорьевич Островский | Autonomous drifting profiling oceanologic buoy |
| CN106240756A (en) * | 2016-08-26 | 2016-12-21 | 常熟中德重机有限公司 | A kind of shock resistance type combination type buoy |
| RU2662570C2 (en) * | 2016-12-12 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Device for implementation of underwater vehicle vertical movement method by means of solar energy using control of its buoyancy |
| RU2664613C1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Method of vertical moving underwater vehicle by means of solar energy using control buoyancy thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2137662C1 (en) | Scanning thermal buoy | |
| NO814039L (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR AA RECOVERED ENERGY FROM WELLOW BELLOWS | |
| CA2646547A1 (en) | Wave energy converter | |
| US6807856B1 (en) | Variable buoyancy profiling device | |
| RU2124457C1 (en) | Method and device for motion of submersible vehicle in depth through use of temperature gradient of sea water (versions) | |
| RU2130401C1 (en) | Device for motion of submersible vehicle in depth by use of thermal energy of surrounding medium | |
| RU98101340A (en) | METHOD AND DEVICES FOR MOVING DEPTH OF THE UNDERWATER VEHICLE USING THE TEMPERATURE GRADIENT OF THE MARINE ENVIRONMENT | |
| RU2142385C1 (en) | Thermal device for motion of submersible vehicle in depth | |
| Coolidge | The interpretation of adsorption isotherms and isosteres | |
| RU2153439C2 (en) | Device for motion of submersible vehicle in depth by means of temperature gradient of thermocline | |
| RU2081782C1 (en) | Method of motion of submersible vehicle in depth and device for realization of this method (versions) | |
| US3841097A (en) | Differential temperature fluid motor | |
| EP2776310B1 (en) | Autonomous variable buoyancy device | |
| RU2669468C1 (en) | Underwater vehicle buoyancy changing device | |
| SU1025875A1 (en) | Thermal drive of deep-well instrument | |
| RU2668937C1 (en) | Device for changing buoyancy of an underwater vehicle | |
| RU98102785A (en) | DEPTH MOVING DEVICE USING TEMPEROCLINE TEMPERATURE GRADIENT | |
| RU2662570C2 (en) | Device for implementation of underwater vehicle vertical movement method by means of solar energy using control of its buoyancy | |
| SU853350A1 (en) | Heat pipe | |
| SU1070420A1 (en) | Heat transfer device | |
| RU2664613C1 (en) | Method of vertical moving underwater vehicle by means of solar energy using control buoyancy thereof | |
| RU94010989A (en) | METHOD AND DEVICE (OPTIONS) MOVEMENT BY DEPTH | |
| RU2251510C1 (en) | Arrangement for underwater unlinking of clutched elements | |
| RU2082060C1 (en) | Storage for liquefied gases | |
| SU241989A1 (en) | THE DEVICE OF THE SYSTEM OF STABILIZATION OF THE DEPTH OF DIVE OF A SHIP UNDERWATER |