RU2153439C2 - Устройство перемещения по глубине подводного аппарата с использованием температурного градиента термоклина - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике освоения океана, в частности к подводным аппаратам с измеряемой плавучестью. Устройство перемещения по глубине подводного аппарата использует в качестве энергии для изменения плавучести градиент температуры окружающей среды и в процессе работы может адаптироваться к изменениям температуры как в глубине, так и на поверхности океана. Рабочее тело при нагревании создает давление, перемещает пуансон и образует область пониженного давления в пространстве под пуансоном, одновременно перекачивая жидкость в газогидроаккумулятор из пространства над пуансоном. При открытии клапана масло из сильфона, расположенного снаружи прочного корпуса, переходит в область пониженного давления, сильфон сжимается, интегральный объем аппарата уменьшается, и он погружается. В глубине рабочее тело охлаждается и стремится сжаться. При открытии клапана сжатый газ в газогидроаккумуляторе через пуансон вытесняет масло в сильфон, объем сильфона увеличивается и аппарат поднимается. Диапазон перемещений пуансона регулируется с помощью перекачивания масла через трубки с управляемыми клапанами из сильфона и пространства с рабочим телом в газогидроаккумулятор. Достигается расширение диапазона глубин и диапазона изменения температур, в котором сохраняется работоспособность устройства перемещения по глубине. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к технике освоения океана, а именно - к подводным аппаратам - буям (ПА) с изменяемой плавучестью.

Известен способ перемещения ПА по глубине, заключающийся в том, что рабочее тело нагревают с помощью электронагревателя, преобразуя тепловое расширение рабочего тела в изменение плавучести ПА (США, пат. N 4183316, B 63 B 39/04, 1980). 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, B 63 C 11/30, 1978).

В качестве ближайшего аналога принят патент на способ и устройство перемещения по глубине подводного аппарата, в котором для перемещения используется градиент температуры окружающих вод океана (Россия, пат. N 2081782, B 63 C 8/24, B 63 B 22/00, B 63 C 8/22, 1997). В патенте описано устройство перемещения по глубине подводного аппарата, 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 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, сопровождающегося увеличением его объема, перемещением пуансона и образованием 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.

В устройствах, описанных в патенте, никак не учитывается изменение диапазона значений температуры океана. Между тем при дрейфе аппарата этот диапазон может меняться от значений 0-10 градусов Цельсия в приполярных широтах до 10-30 градусов Цельсия в районе экватора. В первом случае аппарат при температуре 10 градусов Цельсия должен устойчиво держаться на поверхности моря, тогда как во втором случае при этой же температуре он должен иметь отрицательную плавучесть и находиться в глубине океана.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи расширения диапазона глубин и диапазона изменения температур, в котором сохраняется работоспособность устройства перемещения по глубине.

Технический эффект достигается в устройстве, включающем в себя газогидроаккумулятор, прочный сферический резервуар с рабочим телом, сильфон и герметичный прочный корпус, содержащий две камеры, разделенные перегородкой с отверстием, в котором размещен пуансон, взаимодействующий с поршнем, разделяющим первую камеру на две части, камеры заполнены жидкостью, например маслом. Пространство над поршнем в первой камере соединяется через трубку с газогидроаккумулятором. Пространство под поршнем соединяется через прочную трубку и управляемый клапан с сильфоном, расположенным снаружи прочного корпуса. Вторая камера соединяется через трубку с одной из частей прочного резервуара, разделенного гибкой перегородкой на две части, в другой его части находится рабочее тело. Газогидроаккумулятор соединяется через трубки с управляемыми клапанами с пространством под поршнем в первой камере и со второй камерой прочного корпуса. В качестве рабочего тела может использоваться жидкость с большим коэффициентом теплового расширения, сжиженный газ или жидкость, заполненная гранулами твердотельного вещества с большим коэффициентом теплового расширения и малым коэффициентом сжимаемости.

Давление газа в газогидроаккумуляторе должно превышать давление воды на максимальной глубине погружения.

На чертеже показана принципиальная схема устройства перемещения ПА.

Устройство содержит прочный корпус 1 с перегородкой 2, в которой выполнено цилиндрическое отверстие 3. Перегородка 2 разделяет внутренний объем корпуса на первую 4 и вторую 5 камеры. В цилиндрическом отверстии перегородки установлен пуансон 6, взаимодействующий с поршнем 7. Пространство над поршнем первой камеры соединяется через трубку 8 с газогидроаккумулятором 9. Пространство под поршнем первой камеры соединяется через трубку 10 и управляемый клапан 11 с сильфоном 12, расположенным снаружи прочного корпуса. Вторая камера соединяется через трубку 13 с одной из частей прочного резервуара 14, разделенного гибкой перегородкой на две части, в другой его части находится рабочая жидкость. Газогидроаккумулятор 9 соединяется через трубку 15 с управляемым клапаном 16 с пространством под поршнем в первой камере и через трубку 17 и управляемый клапан 18 со второй камерой прочного корпуса.

Устройство работает следующим образом. На поверхности океана рабочая жидкость в прочном резервуаре 14 нагревается, расширяется и через гибкую перегородку и гидравлическую систему воздействует на пуансон 6 и перемещает его, сжимая газ в газогидроаккумуляторе и, увеличивая объем пространства под поршнем в первой камере 4. Открывают управляемый клапан 11, после чего масло перетекает из сильфона 12 в первую камеру 4, ПА начинает погружаться, клапан закрывается до конца погружения, когда ПА приобретает нейтральную плавучесть или оказывается на дне. В глубине океана рабочее тело охладится и будет стремиться сжаться. При открытии клапана 11 сжатый газ, имеющий давление выше окружающей среды, через гидравлическую систему переместит поршень и вытеснит масло из пространства под поршнем первой камеры 4 во внешний сильфон 12. Клапан 11 закрывается и ПА всплывает к поверхности.

Допустим, температура на поверхности моря постепенно уменьшилась и теплового расширения рабочего тела не достаточно для перемещения поршня на требуемую величину и забора из сильфона такого количества масла, которое необходимо для погружения на заданную глубину. Не хватает масла в камере 5. В этом случае при погружении ПА вглубь моря дожидаются, когда рабочая жидкость охладится до температуры окружающей среды и давление во второй камере упадет ниже давления в газогидроаккумуляторе. Далее при закрытом клапане 11 на некоторое время открывают клапан 18 и пропускают необходимую порцию масла из газогидроаккумулятора во вторую камеру. Количество масла в камере 5 увеличится и предельное значение выдвижения поршня при нагревании рабочей жидкости восстановится. Если же температура на поверхности моря повышается и поршень выдвигается на слишком большую величину, клапан 18 открывают на поверхности моря при полностью нагретой рабочей жидкости, когда давление в камере 5 превышает давление в газогидроаккумуляторе. При этом часть масла перетекает из камеры 5 в газогидроаккумулятор и предельное положение поршня восстанавливается.

Допустим, температура в глубине моря постепенно увеличилась. При этом сжатие рабочего тела при охлаждении уменьшается и перемещение пуансона и поршня также уменьшается. Количество масла, выдавливаемого в сильфон при открывании клапана 11, уменьшается и может оказаться недостаточным для эффективного перемещения ПА к поверхности моря. В этом случае при подъеме ПА на поверхность моря дожидаются, когда рабочая жидкость нагреется до температуры окружающей среды и открывают клапан 16 при закрытом клапане 11. При этом часть масла из газогидроаккумулятора перетечет в пространство под поршнем камеры 4 и плавучесть ПА как в нижней, так и в верхней точках траектории увеличится. Границы изменения плавучести можно изменить в обратную сторону, если клапан 16 открывают в глубине моря после охлаждения рабочей жидкости. При этом масло будет перетекать из пространства под поршнем обратно в газогидроаккумулятор.

При длительном использовании ПА применение клапанов 16 и 18 позволяет восстанавливать необходимые значения объемов масла в камерах аппарата при просачивании масла через уплотнительные прокладки.

Таким образом, клапаны 16 и 18, введенные в систему, позволяют адаптировать диапазон изменения плавучести ПА к изменяющейся температуре на поверхности моря и в его глубине, что обеспечивает достижение поставленной цели.

Claims (4)

1. Устройство перемещения по глубине подводного аппарата, включающего в себя герметичный прочный корпус, разделенный перегородкой с цилиндрическим отверстием на две камеры, заполненные жидкостью, содержащие сильфон и пуансон, который размещен в цилиндрическом отверстии перегородки и взаимодействует с поршнем, разделяющим первую камеру на две части, отличающееся тем, что пространство над поршнем в первой камере соединяется через трубку с газогидроаккумулятором, пространство под поршнем соединяется через трубку и управляемый клапан с сильфоном, вторая камера соединяется через прочную трубку с одной из частей прочного резервуара, разделенного гибкой перегородкой на две части, в другой его части находится рабочее тело, газогидроаккумулятор соединяется через трубки и управляемые клапаны с пространством под поршнем в первой камере и со второй камерой прочного корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела используется жидкости с большим коэффициентом температурного расширения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела используется сжиженный газ под большим давлением.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела используется жидкость с гранулами твердотельного вещества с большим коэффициентом температурного расширения и малым коэффициентом сжимаемости.