RU2642677C1 - Underwater winch probe - Google Patents
Underwater winch probe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642677C1 RU2642677C1 RU2017103156A RU2017103156A RU2642677C1 RU 2642677 C1 RU2642677 C1 RU 2642677C1 RU 2017103156 A RU2017103156 A RU 2017103156A RU 2017103156 A RU2017103156 A RU 2017103156A RU 2642677 C1 RU2642677 C1 RU 2642677C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winch
- drum
- cable
- shaft
- probe
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
- B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
- B66D1/28—Other constructional details
- B66D1/36—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains
- B66D1/39—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains by means of axially-movable drums or barrels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
- B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
- B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области подводной робототехники, в частности к технике изучения и освоения морей, океанов и внутренних водоемов, к автономным и автоматизированным подводным профилирующим зондам.The invention relates to the field of underwater robotics, in particular to a technique for the study and development of the seas, oceans and inland waters, to autonomous and automated underwater profiling probes.
Уровень техники.The prior art.
В настоящее время активно ведутся работы по созданию автономных зондов различных типов: донных, приповерхностных и дрейфующих, которые предназначены для проведения регулярных измерений вертикальных профилей различных параметров водной среды (температуры и солености воды, скорости и направления течения, содержания растворенного кислорода и др.) в течение длительного времени. Такая способность проводить мультипараметрические измерения в толще вод делает эти системы незаменимыми для научных исследований и мониторинга озер и морских бассейнов.Currently, work is underway to create autonomous probes of various types: bottom, surface and drift, which are designed to conduct regular measurements of vertical profiles of various parameters of the aquatic environment (temperature and salinity of the water, flow velocity and direction, dissolved oxygen content, etc.) in for a long time. Such ability to carry out multiparameter measurements in the water column makes these systems indispensable for scientific research and monitoring of lakes and sea basins.
Исключительно ценны для мониторинга водной среды автономные лебедочные зонды вертикального профилирования от дна до поверхности раздела вода-воздух. Такие зонды, оборудованные лебедкой и необходимыми океанологическими датчиками, стабильно работающими в автономном режиме в течение длительного времени, дают информацию о состоянии водной толщи над континентальным шельфом. Состав и исполнение подводной лебедки важны для эффективности подводного лебедочного зонда и продолжительности его автономной работы без технического обслуживания.Autonomous winch probes of vertical profiling from the bottom to the water-air interface are extremely valuable for monitoring the water environment. Such probes, equipped with a winch and the necessary oceanological sensors, which have been working stably autonomously for a long time, provide information on the state of the water column over the continental shelf. The composition and design of the underwater winch are important for the effectiveness of the underwater winch probe and the duration of its autonomous operation without maintenance.
На сегодняшний день известные океанологические зонды лебедочного типа, как правило, включают два электронных управляющих устройства: одно - непосредственно на лебедке, второе - на подвижном носителе для управления процессом измерений параметров морской среды, в том числе с помощью датчика давления. Обе системы должны взаимодействовать по несущему кабелю, так как информация о глубине погружения измерительных датчиков является определяющей для управляющего устройства лебедки. В лебедке [Малашенко А.Е., Перунов В.В., Чудаков А.И. Автономный циркулирующий измеритель гидрофизических полей морской среды «Аквазонд» // Датчики и системы, 2013, №11, С. 61-67] используются кабель и токосъемник на валу лебедки. Уязвимость такого подхода очевидна, поскольку применение токосъемников ведет к увеличению габаритов лебедок и снижает надежность работы системы погружения-всплытия в целом.Today, well-known winch-type oceanological probes, as a rule, include two electronic control devices: one directly on the winch, the second on a movable carrier for controlling the process of measuring the parameters of the marine environment, including using a pressure sensor. Both systems must interact via a carrier cable, since information on the immersion depth of the measuring sensors is crucial for the winch control device. In the winch [Malashenko A.E., Perunov V.V., Chudakov A.I. Autonomous circulating measuring instrument for hydrophysical fields of the marine environment "Aquazond" // Sensors and Systems, 2013, No. 11, P. 61-67] using a cable and a current collector on the winch shaft. The vulnerability of this approach is obvious, since the use of current collectors leads to an increase in the size of winches and reduces the reliability of the immersion-ascent system as a whole.
Существующие океанологические станции также оснащаются донными лебедками с профилирующими носителями измерительной аппаратуры на конце кабель-троса [Von Alt С., Luca М.P. De, Glen S.М., Grassle J.F., Haldvogel D.B. LEO-15: Monitoring and managing coastal resources. // Sea Technol., 1997, V. 38, P. 10-16]. Такие лебедки могут быть приподняты над донным якорем с помощью плавучестей, как, например, Underwater Winch AES (http://www.nichigi.com/ocean/p_unwi.html). Указанные системы позволяют производить зондирования от дна до поверхности моря. Данные передаются либо по донному кабелю, либо по радиоканалу, когда носитель измерительной аппаратуры с терминалом связи поднимается к поверхности моря. Ослабление намотки кабеля и петлеобразование кабеля при его разматывании с барабана - это общие проблемы для подводных лебедок. При укладке кабеля на барабан подводной лебедки проблемы возникают из-за неравномерности натяжения кабеля под действием поверхностных волн, когда подвижный носитель неглубоко заглублен в приповерхностном слое воды, временами ослабевает натяжение кабеля, возникает перехлест его витков на барабане лебедки, который может привести к повреждению электрических проводов кабеля. Также опасно заклинивание кабеля при неравномерной укладке на барабан лебедки, вследствие чего барабан может застопориться. Недостаточное качество укладки кабеля часто возникает из-за образования щелей у реборд барабана и заклинивания в них витков кабеля последующих слоев, что в итоге может привести к полной остановке лебедки и, соответственно, к отказу всей системы всплытия-погружения и к пропуску данных временных рядов параметров состояния морской среды. Другая проблема заключается в том, что сильное течение может притопить громоздкий профилирующий носитель. Для уменьшения этого эффекта увеличивают плавучесть профилирующего носителя и, соответственно, повышают мощность лебедки, что приводит к необходимости подачи электропитания с берега.Existing oceanographic stations are also equipped with bottom winches with profiling measuring equipment carriers at the end of the cable [Von Alt S., Luca M.P. De, Glen S.M., Grassle J.F., Haldvogel D.B. LEO-15: Monitoring and managing coastal resources. // Sea Technol., 1997, V. 38, P. 10-16]. Such winches can be raised above the bottom anchor using buoyancy, such as Underwater Winch AES (http://www.nichigi.com/ocean/p_unwi.html). These systems allow sounding from the bottom to the surface of the sea. Data is transmitted either over the bottom cable or over the air, when the carrier of the measuring equipment with the communication terminal rises to the sea surface. Loosening the cable winding and looping the cable when it is unwound from the drum are common problems for underwater winches. When laying a cable on an underwater winch drum, problems arise due to the unevenness of the cable tension under the action of surface waves, when the movable carrier is not deeply buried in the surface water layer, the cable tension sometimes weakens, overlapping of its turns on the winch drum occurs, which can lead to damage to electric wires cable. It is also dangerous to jam the cable if the winch is placed unevenly on the drum, as a result of which the drum may become jammed. Insufficient quality of cable laying often arises due to the formation of cracks in the flanges of the drum and jamming of cable turns of subsequent layers in them, which may lead to a complete stop of the winch and, consequently, to failure of the entire ascent-immersion system and to the omission of data of time series of parameters state of the marine environment. Another problem is that strong currents can sink a bulky profiling medium. To reduce this effect, the buoyancy of the profile carrier is increased and, accordingly, the winch power is increased, which leads to the need for power supply from the shore.
Известен сканирующий зонд для работы в океане, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены источник питания, блоки измерительных приборов, устройства гидроакустической и радиосвязи, устройство управления, и имеющий лебедку с фалом, соединенным с якорем. Внутри корпуса помещена система плавучести в виде жесткой оболочки с верхним клапаном стравливания газа и нижним клапаном впуска воды. Жесткая оболочка соединена трубкой с механизмом разрушения капсул с гидрореагентом. Лебедка размещена в корзине, с одной стороны шарнирно соединенной с корпусом зонда, а с другой - с подпружиненным штоком генератора подзарядки источника питания. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей зонда и в увеличении ресурса его работы [RU 2445229 С1, 20.03.2012]. При этом лебедка используется только для подтягивания зонда к месту постановки после стравливания газа и срабатывания нижнего клапана впуска воды для придания зонду отрицательной плавучести. Главным недостатком зонда является сложность конструкции, - в основной состав системы погружения-всплытия входит много механических устройств: механизм протяжки и разрушения капсул с гидрореагентом, жесткая оболочка внутри корпуса, клапан стравливания газа, клапан впуска воды, плавающая корзина с лебедкой. Причем плавающая корзина с лебедкой расположена снаружи корпуса, поэтому для эффективного управления системой погружения-всплытия требуется соединить кабелем лебедку, блок измерительных приборов и устройства управления, установленные в указанном корпусе.Known scanning probe for operation in the ocean, made in the form of a cylinder, which houses a power source, measuring instruments, sonar and radio communication devices, a control device, and having a winch with a hitch connected to an anchor. A buoyancy system in the form of a rigid shell with an upper gas bleed valve and a lower water inlet valve is placed inside the hull. The hard shell is connected by a tube to the mechanism of destruction of the capsules with a hydraulic reagent. The winch is placed in a basket, on the one hand pivotally connected to the probe body, and on the other, with the spring-loaded stem of the power supply recharging generator. The technical result consists in expanding the functionality of the probe and in increasing the resource of its operation [RU 2445229 C1, 03.20.2012]. In this case, the winch is used only to pull the probe to the place of setting after bleeding the gas and the lower water inlet valve is activated to give the probe negative buoyancy. The main drawback of the probe is the complexity of the design - many mechanical devices are included in the basic structure of the diving-surfacing system: a mechanism for pulling and destroying capsules with a hydraulic reagent, a rigid shell inside the body, a gas bleed valve, a water inlet valve, a floating basket with a winch. Moreover, a floating basket with a winch is located outside the hull, therefore, for effective control of the diving-ascent system, it is necessary to connect the winch, the block of measuring instruments and control devices installed in the specified hull with a cable.
Известны подводные профилирующие носители аппарат Thetis (http://wetlabs.com/thetis-profiler) и поднимающееся/спускающееся устройство [US 20140348593 А1, 27.11.2014], снабженные несколькими отдельными модулями, в том числе океанологических измерительных датчиков, блоками плавучести, электрической подводной лебедкой, размещенными на общей раме. Эти носители предназначены для использования в составе заякоренной притопленной станции. На нижнем конце троса лебедки закреплен донный якорь. Намотка/размотка троса позволяет опускать/поднимать профилирующий зонд, который предназначен для зондирований от дна до поверхности раздела вода-воздух. Электропривод лебедки Thetis (http://wetlabs.com/thetis-profiler) может работать в двух режимах: с постоянной или с переменной скоростью вращения мотора. В первом случае размотка и намотка троса на барабан происходят равномерно. Этот режим хорошо работает в спокойной воде при отсутствии поверхностных волн. При включении второго режима скорость вращения мотора регулируется так, чтобы поддерживать постоянное натяжение троса. Это важно, когда под воздействием морского волнения возникают ускорения профилирующей системы. Недостатками указанных подводных профилирующих носителей измерительных датчиков Thetis и подводного поднимающегося/спускающегося устройства [US 20140348593 А1, 27.11.2014] являются серьезные ограничения из-за плохой обтекаемости в потоке воды. Лебедки, выполненные в виде отдельных модулей, слишком тяжелы и громоздки, их приходится устанавливать на массивную раму, снабженную элементами плавучести. Из-за плохой обтекаемости приходится дополнительно увеличивать плавучесть. При этом значительно увеличиваются затраты энергии на работу лебедки и на погружение профилирующего носителя.Known underwater profiling media apparatus Thetis (http://wetlabs.com/thetis-profiler) and the lifting / lowering device [US 20140348593 A1, 11/27/2014], equipped with several separate modules, including oceanological measuring sensors, blocks of buoyancy, electrical an underwater winch placed on a common frame. These media are intended for use as part of an anchored submerged station. A bottom anchor is attached to the lower end of the winch cable. Winding / unwinding the cable allows you to lower / raise the profiling probe, which is designed for sounding from the bottom to the water-air interface. Thetis winch electric drive (http://wetlabs.com/thetis-profiler) can work in two modes: with a constant or with a variable speed of rotation of the motor. In the first case, the unwinding and winding of the cable onto the drum occur evenly. This mode works well in calm water in the absence of surface waves. When the second mode is switched on, the motor rotation speed is adjusted so as to maintain a constant cable tension. This is important when under the influence of sea waves accelerate the profiling system. The disadvantages of these underwater profiling carriers of Thetis measuring sensors and an underwater ascending / descending device [US 20140348593 A1, 11/27/2014] are serious limitations due to poor streamlining in the water stream. Winches made in the form of separate modules are too heavy and bulky, they have to be installed on a massive frame equipped with buoyancy elements. Due to poor streamlining, buoyancy has to be further increased. At the same time, the energy costs for operating the winch and for immersing the profiling support are significantly increased.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному подводному лебедочному зонду является автономная позиционная станция для зондирования водной среды по глубине, содержащая контейнер с комплексом измерительных модулей, системой приема-передачи информации, выполненной с аппаратурой радиосвязи, бортовой системой управления, системой электропитания, системой всплытия-погружения, выполненной с лебедкой, а также буйреп, соединенный одним своим концом с якорем, при этом она снабжена балластными грузами для дифферентовки и установленной на контейнере полой штангой, через которую пропущен буйреп, соединенный вторым своим концом с лебедкой системы всплытия-погружения, а система приема-передачи информации снабжена аппаратурой гидроакустической связи [RU 2096247 С1, 20.11.1997]. Недостатками данной станции является то, что система всплытия-погружения размещена в негерметичном отсеке контейнера, то есть требуется соединить ее кабелем с бортовой системой управления, и для лебедки не предусмотрен тросоукладчик для намотки большой длины троса на приемный барабан.The closest in technical essence to the claimed underwater winch probe is an autonomous positioning station for sensing the water environment in depth, containing a container with a complex of measuring modules, an information transmission and reception system made with radio communication equipment, an onboard control system, an electrical power supply system, an ascent-immersion system made with a winch, as well as a buir, connected at one end with an anchor, while it is equipped with ballast weights for trim and installed oh on the container the hollow rod, through which passed buoy line coupled to a second end thereof with the winch immersion-emersion system and reception system and transmission of information communication equipment provided with a hydroacoustic [RU 2096247 C1, 20.11.1997]. The disadvantages of this station are that the ascent-immersion system is located in an unpressurized compartment of the container, that is, it is required to connect it with a cable to the on-board control system, and a winch is not provided for winding a large cable length on the receiving drum.
Позднее эти же авторы усовершенствовали систему всплытия-погружения плавучим тросом, который наматывался на ролики, при этом один конец троса крепили к якорю, другой - к бую, а один из роликов соединялся с редуктором реверсивного электродвигателя, размещаемого на позиционной станции [RU 2184674 C1, 09.01.2001]. При работе с этой системой всплытия-погружения реализуется способ перемещения станции, включающий в себя перемотку троса по роликам, при этом отсутствие пробуксовки и самосматывания обеспечивается за счет натяжения троса, выходящего с ролика, создаваемого положительной плавучестью троса и гидродинамическим сопротивлением буя. Также реализуется способ обеспечения живучести системы всплытия-погружения за счет того, что буй под действием отрицательной плавучести буя и положительной плавучести троса никогда не находится на поверхности, а опускается на промежуточную глубину (между поверхностью воды и дном водоема). Недостатком этой системы является то, что она не может находиться на морской поверхности и, как следствие, не может передать данные измерений в оперативном режиме по радиоканалу. Кроме того, как и упомянутые выше аналоги, так и позиционные станции [RU 2096247 С1, 20.11.1997; RU 2184674 С1, 09.01.2001] имеют значительные габариты, сложные механизмы системы всплытия-погружения, требуют для установки станции специального оборудования и не обладают удобством и надежностью механизмов всплытия.Later, the same authors improved the ascent-immersion system with a floating cable, which was wound on rollers, with one end of the cable attached to the anchor, the other to the buoy, and one of the rollers connected to the gearbox of a reversible electric motor placed at a positioning station [RU 2184674 C1, 01/09/2001]. When working with this ascent-immersion system, a station movement method is implemented, which includes rewinding the cable along the rollers, while the lack of slipping and self-winding is ensured by the tension of the cable exiting the roller created by the positive buoyancy of the cable and the hydrodynamic resistance of the buoy. A method is also being implemented to ensure the survivability of the ascent-dive system due to the fact that the buoy is never located on the surface under the influence of negative buoyancy of the buoy and positive buoyancy of the cable, but falls to an intermediate depth (between the surface of the water and the bottom of the reservoir). The disadvantage of this system is that it cannot be located on the sea surface and, as a result, cannot transmit measurement data online via a radio channel. In addition, as well as the above-mentioned analogs, and positional stations [RU 2096247 C1, 11/20/1997; RU 2184674 C1, 01/09/2001] have significant dimensions, complex mechanisms of the ascent-immersion system, require special equipment for installation of the station, and do not have the convenience and reliability of ascent mechanisms.
Основной задачей изобретения является устранение плохой обтекаемости автономного подводного зонда в потоке воды в море или в пресноводном водоеме. Зонд должен иметь минимальные габариты, для уменьшения гидродинамического сопротивления и, как следствие, для минимизации энергетических затрат на перемещение зонда под водой, соответственно, для увеличения ресурса автономной работы. Причем автономный подводный зонд должен состоять не из двух или более частей, соединенных под водой кабелем, что снижает надежность системы в целом, а из одного самодостаточного аппарата, в прочном корпусе которого располагается электропривод лебедки, блок батарей, электронный модуль управления, электронные модули датчиков окружающей среды, модем связи. А чувствительные элементы датчиков и антенны для оперативной передачи данных измерений располагались бы на крышке прочного корпуса. А также в целях повышения надежности в конструкции подводной лебедки должна быть решена задача равномерной укладки несущего троса в процессе его намотки на барабан лебедки. Все это является задачами данного изобретения.The main objective of the invention is to eliminate the poor streamlining of an autonomous underwater probe in a stream of water in the sea or in a freshwater body. The probe should have minimum dimensions to reduce hydrodynamic resistance and, as a result, to minimize the energy costs of moving the probe under water, respectively, to increase the battery life. Moreover, an autonomous underwater probe should not consist of two or more parts connected under water by a cable, which reduces the reliability of the system as a whole, but of one self-contained device, in a rugged case of which there is an electric winch drive, a battery pack, an electronic control module, electronic modules of environmental sensors environment, communication modem. And the sensitive elements of the sensors and antennas for the rapid transfer of measurement data would be located on the cover of a durable case. And also in order to increase reliability in the design of an underwater winch, the task of uniformly laying the load-bearing cable during its winding on the winch drum should be solved. All this is the objectives of this invention.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Технический результат заявленного подводного лебедочного зонда для автоматического профилирования водной толщи внутреннего водоема или акватории морского шельфа вплоть до поверхности моря заключается в расширении технических средств, обеспечивающих надежность его функционирования в течение длительного времени за счет его компактной и удобной в использовании конструкции, которая обеспечивает равномерную укладку несущего троса в процессе его намотки на барабан лебедки.The technical result of the claimed underwater winch probe for automatic profiling of the water column of the internal body of water or the sea shelf up to the sea surface consists in expanding the technical means ensuring the reliability of its operation for a long time due to its compact and user-friendly design, which ensures uniform laying of the carrier rope in the process of winding it on a winch drum.
Технический результат достигается тем, что создан подводный лебедочный зонд для автоматического профилирования водной толщи внутреннего водоема или акватории морского шельфа вплоть до поверхности моря, содержащий корпус с комплексом измерительных приборов, системой приема-передачи информации с аппаратурой радиосвязи, системой управления, системой электропитания, системой всплытия-погружения, выполненной с лебедкой, к барабану которой одним концом прикреплен несущий трос, соединенный другим концом с неподвижной или подвижной опорой в воде так, что при разматывании несущего троса с барабана зонд двигается в направлении вверх от опоры под действием собственной положительной плавучести, а при наматывании несущего троса на барабан зонд двигается к опоре, при этом в прочном корпусе, выполненном в виде удобообтекаемой формы, размещен электропривод лебедки, вал которого соединен с валом лебедки, закрепленным посредством радиально-упорного подшипника в крышке прочного корпуса и выходящим из прочного корпуса наружу, а на наружной части вала лебедки установлен барабан с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала лебедки посредством поворотного сухаря, установленного непосредственно в барабане и находящегося в зацеплении с двунаправленной замкнутой винтовой канавкой, выполненной на поверхности вала лебедки, причем барабан застопорен от вращения вокруг вала лебедки с помощью как минимум одной направляющей, установленной на крышке прочного корпуса и свободно проходящей через тело барабана параллельно оси вала лебедки, где направляющая выполняет функцию поддержки наружного конца вала лебедки посредством подшипника, на наружном конце вала лебедки за поддерживающим подшипником закреплено водило, на котором размещены направляющий ролик для несущего троса, один конец которого прикреплен к барабану, и канал для прохождения этого троса, причем водило установлено так, что оно вращается вместе с валом лебедки, что обеспечивает наматывание несущего троса на барабан и его разматывание с барабана в процессе реверсивных перемещений барабана вдоль вала лебедки, а наружные элементы лебедки защищены ограждением, установленным на крышке прочного корпуса, при этом ограждение снабжено клюзом для выхода несущего троса.The technical result is achieved by the fact that an underwater winch probe was created for automatic profiling of the water column of the internal body of water or the sea shelf up to the sea surface, containing a housing with a set of measuring instruments, a data transmission and reception system with radio communication equipment, a control system, an electrical power supply system, an ascent system - immersion made with a winch, to the drum of which a cable is attached at one end, connected by the other end to a fixed or movable support in water so that when the carrier cable is unwound from the drum, the probe moves upward from the support under the action of its own positive buoyancy, and when the carrier cable is unwound on the drum, the probe moves to the support, while the electric drive is housed in a robust housing made in the form of a streamlined shape a winch, the shaft of which is connected to the shaft of the winch, fixed by means of an angular contact ball bearing in the cover of the sturdy case and exiting from the sturdy case to the outside, and a drum with the possibility of reciprocating movement along the winch shaft by means of a rotary cracker mounted directly in the drum and meshed with a bi-directional closed helical groove made on the surface of the winch shaft, the drum being locked from rotation around the winch shaft using at least one guide mounted on the cover strong housing and freely passing through the drum body parallel to the axis of the winch shaft, where the guide performs the function of supporting the outer end of the shaft and the winch by means of a bearing, on the outer end of the winch shaft, a carrier is fixed to the supporting bearing, on which a guide roller for the carrier cable, one end of which is attached to the drum, and a channel for passing this cable are placed, and the carrier is installed so that it rotates with the shaft winch, which ensures the winding of the carrier cable on the drum and its unwinding from the drum during the reverse movement of the drum along the winch shaft, and the outer elements of the winch are protected by a fence installed on the cover of a sturdy case, while the fence is equipped with a clus for the exit of the carrier cable.
Причем вал лебедки одновременно обеспечивает два движения: вращательное движение водила вокруг оси вала лебедки, производя наматывание или разматывание троса с барабана, и возвратно-поступательное движение барабана с помощью поворотного сухаря, установленного в отверстие барабана перпендикулярно его продольной оси и имеющего возможность поворачиваться вокруг своей оси.Moreover, the winch shaft simultaneously provides two movements: the rotational movement of the carrier around the axis of the winch shaft, making winding or unwinding of the cable from the drum, and the reciprocating movement of the drum with a rotary cracker installed in the hole of the drum perpendicular to its longitudinal axis and having the ability to rotate around its axis .
А барабан выполняет функцию каретки, обеспечивая условия для равномерной укладки троса, когда совершает реверсивные движения вдоль продольной оси вала лебедки посредством поворотного сухаря, который, перемещаясь по двунаправленной замкнутой винтовой канавке на валу лебедки, создает толкающее усилие на барабан вдоль продольной оси, преобразуя вращение вала лебедки в возвратно-поступательное движение барабана.And the drum performs the function of a carriage, providing conditions for uniform laying of the cable when it reverses along the longitudinal axis of the winch shaft by means of a rotary cracker, which, moving along a bi-directional closed helical groove on the winch shaft, creates a pushing force on the drum along the longitudinal axis, transforming the rotation of the shaft winch in the reciprocating movement of the drum.
Также барабан установлен соосно с валом электропривода, что обеспечивает компактность электрической лебедке и уменьшает силу гидродинамического сопротивления, возникающую при обтекании зонда потоком воды.Also, the drum is mounted coaxially with the electric drive shaft, which ensures compactness of the electric winch and reduces the hydrodynamic resistance that occurs when the probe flows around the probe with a stream of water.
А для случая зондирования с плавучего объекта от поверхности моря до глубины зонду придается отрицательная плавучесть, и несущий трос закреплен одним концом на барабане лебедки, а другим концом на плавучей опоре на поверхности моря или на опоре под поверхностью моря, например на объекте, вмороженном в лед.And for the case of sounding from a floating object from the surface of the sea to the depth, the probe is given negative buoyancy, and the support cable is fixed at one end to the winch drum, and the other end to a floating support on the sea surface or on a support below the sea surface, for example, on an object frozen in ice .
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
На Фиг. 1 представлен общий вид подводного лебедочного зонда для автоматического профилирования водной толщи внутреннего водоема или акватории морского шельфа вплоть до поверхности моря.In FIG. 1 shows a general view of an underwater winch probe for automatic profiling of the water column of an internal body of water or the sea shelf up to the sea surface.
На фиг. 2а представлена кинематическая схема электролебедки подводного лебедочного зонда, на фиг. 2б представлена кинематическая схема электролебедки с опциональным прижимным устройством на барабане для предотвращения перехлеста витков троса.In FIG. 2a is a kinematic diagram of an electric winch of an underwater winch probe; FIG. 2b shows the kinematic diagram of an electric winch with an optional clamping device on the drum to prevent overlapping of the cable turns.
На Фиг. 3а, б, в показаны стадии всплытия-погружения подводного лебедочного зонда в случае его положительной плавучести в воде, когда несущий трос, закреплен одним концом на барабане лебедки, а другим концом на притопленной плавучести.In FIG. 3a, b, c show the ascent-immersion stages of an underwater winch probe in case of positive buoyancy in water, when the carrier cable is fixed at one end to the winch drum, and the other end to the flooded buoyancy.
На Фиг. 4а, б показаны стадии погружения подводного лебедочного зонда в случае его отрицательной плавучести, когда трос закреплен одним концом на барабане лебедки, а другим концом на ледовом буе.In FIG. 4a, b show the stages of immersion of an underwater winch probe in case of negative buoyancy, when the cable is fixed at one end to the winch drum and the other end to an ice buoy.
Создан подводный лебедочный зонд для автоматического профилирования водной толщи внутреннего водоема или акватории морского шельфа вплоть до поверхности моря (см. Фиг. 1), оснащенный: системой всплытия-погружения с электролебедкой (1), комплексом измерительных приборов, системой приема-передачи информации с аппаратурой радиосвязи, системой управления, системой электропитания. При этом внутри прочного герметичного аппаратурного корпуса (2) удобообтекаемой формы установлены: в вертикальном положении электропривод (3) лебедки, блок батарей (4), микропроцессорная система управления и контроля (5). На крышке корпуса (2) установлен датчик наружного давления (6) и, как минимум, один датчик водной среды (7). Электролебедка (1) снабжена вертикально установленным барабаном (16).An underwater winch probe has been created for automatic profiling of the water column of the internal body of water or the sea shelf up to the sea surface (see Fig. 1), equipped with: an ascent-immersion system with an electric winch (1), a set of measuring instruments, an information transmission and reception system with equipment radio communications, control system, power supply system. At the same time, inside a durable sealed equipment case (2) of a streamlined shape, the following are installed: in an upright position, the electric drive (3) of the winch, the battery pack (4), the microprocessor control and monitoring system (5). An external pressure sensor (6) and at least one water sensor (7) are installed on the housing cover (2). The electric winch (1) is equipped with a vertically mounted drum (16).
В подводном лебедочном зонде опционально установлены:In the underwater winch probe optionally installed:
- комплекс пневматического оборудования всплытия-погружения в составе пневматического насоса (8), электропривод пневматического насоса (9), электроклапан (10), запорный клапан (11), наружная расширительная емкость (12), терминал связи, включающий модуль внешних коммуникаций, входящий в состав микропроцессорной системы управления и контроля (5), и антенны (13) на крышке корпуса (2).- a complex of pneumatic equipment for ascent-immersion as a part of a pneumatic pump (8), an electric drive of a pneumatic pump (9), an electrovalve (10), a shut-off valve (11), an external expansion tank (12), a communication terminal, which includes an external communications module included in the composition of the microprocessor control and monitoring system (5), and the antenna (13) on the housing cover (2).
Вал электропривода (3) (см. Фиг. 2а) соединен с валом лебедки (15), например, при помощи шпонки, и выходит из прочного корпуса (2) наружу. На наружной части вала лебедки (15) установлен барабан (16). Вал лебедки (15) установлен на радиально-упорном подшипнике (14) в крышке корпуса (2). Между валом лебедки (15) и крышкой корпуса установлено уплотнение для герметизации корпуса (2) от внешней среды. На поверхности вала лебедки (15) размещена замкнутая двунаправленная (перекрестная) винтовая канавка.The electric drive shaft (3) (see Fig. 2a) is connected to the winch shaft (15), for example, by means of a dowel, and leaves the durable housing (2). A drum (16) is mounted on the outside of the winch shaft (15). The winch shaft (15) is mounted on an angular contact bearing (14) in the housing cover (2). A seal is installed between the winch shaft (15) and the housing cover to seal the housing (2) from the external environment. On the surface of the winch shaft (15) there is a closed bidirectional (cross) helical groove.
Вал лебедки (15) свободно проходит через центральное отверстие в барабане (16), причем барабан (16) не закреплен на наружном валу лебедки (15). Барабан (16) установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала лебедки (15). Барабан (16) ограничен от вращения вокруг оси вала лебедки (15) как минимум одной направляющей (17), параллельной оси барабана и зафиксированной на крышке корпуса (2). Направляющие (17) выполняют функцию поддержки второго конца вала лебедки (15) с помощью поддерживающего подшипника, установленного на концах направляющих (17).The winch shaft (15) freely passes through the central hole in the drum (16), and the drum (16) is not fixed to the outer shaft of the winch (15). The drum (16) is mounted with the possibility of reciprocating movement along the winch shaft (15). The drum (16) is limited from rotation around the axis of the winch shaft (15) of at least one guide (17) parallel to the axis of the drum and fixed on the housing cover (2). The guides (17) perform the function of supporting the second end of the winch shaft (15) using a support bearing mounted on the ends of the guides (17).
Средством для возвратно-поступательного перемещения барабана (16) вдоль продольной оси служит поворотный сухарь (18), установленный в отверстии, перпендикулярном продольной оси барабана (16). Поворотный сухарь (18) находится в зацеплении с двунаправленной замкнутой винтовой канавкой на валу лебедки (15). Поворотный сухарь (18) может вращаться вокруг своей оси и имеет возможность поворота при переходе резьбы канавки с левой на правую и обратно на концах вала лебедки (15).The means for reciprocating movement of the drum (16) along the longitudinal axis is the rotary cracker (18) installed in the hole perpendicular to the longitudinal axis of the drum (16). The rotary cracker (18) is engaged with a bi-directional closed helical groove on the shaft of the winch (15). The rotary cracker (18) can rotate around its axis and has the ability to rotate when changing the groove thread from left to right and back at the ends of the winch shaft (15).
На конце вала лебедки (15), за поддерживающим подшипником, установлено водило (19), вращающееся вместе с валом лебедки (15). На водило (19) установлен направляющий ролик (20), и оно снабжено каналом для прохождения несущего троса (21). На крышке корпуса (2) установлено ограждение (22), защищающее внешние элементы лебедки и оборудованное клюзом (23) для выхода несущего троса.At the end of the winch shaft (15), behind the supporting bearing, a carrier (19) is installed, rotating together with the winch shaft (15). A guide roller (20) is mounted on the carrier (19), and it is provided with a channel for passing the carrier cable (21). A guard (22) is installed on the housing cover (2), which protects the external elements of the winch and is equipped with a lock (23) for the output of the carrier cable.
При вращении наружного вала лебедки (15) барабан (16) совершает возвратно-поступательные движения вдоль направляющих (17). При этом водило (19), вращающееся вокруг барабана (16), в зависимости от направления своего вращения производит наматывание или сматывание несущего троса (21) с барабана (16). Несущий трос (21) проходит через клюз (23) внутрь ограждения (22) далее по роликам (20) и каналу водила (19) наматывается на барабан (16).When the outer shaft of the winch (15) rotates, the drum (16) reciprocates along the guides (17). In this case, the carrier (19), rotating around the drum (16), depending on the direction of its rotation, winds or coils the carrier cable (21) from the drum (16). The carrier cable (21) passes through the lock (23) into the enclosure (22) and then wound onto the drum (16) along the rollers (20) and the carrier channel (19).
Для повышения надежности работы лебедки опционально предусмотрено прижимное устройство (24) (см. Фиг. 2б). При ослаблении натяжения несущего троса (21) прижим предотвращает перехлест витков троса на барабане (16).To increase the reliability of the winch operation, a clamping device (24) is optionally provided (see Fig. 2b). When the tension of the supporting cable (21) is weakened, the clamp prevents overlapping of the cable turns on the drum (16).
Подробное описание осуществления изобретения.Detailed description of an embodiment of the invention.
Подводный лебедочный зонд предназначен для автоматического профилирования приповерхностного и придонного слоев внутреннего водоема или моря в заданной географической точке или с плавучей платформы, например с дрейфующей льдины.An underwater winch probe is designed for automatic profiling of the near-surface and near-bottom layers of an internal reservoir or sea at a given geographical point or from a floating platform, for example, from a drifting ice floe.
Наружный вал лебедки (15) (см. Фиг. 2а) и водило (19) вращаются одновременно, при этом барабан (16), находящийся в зацеплении с двунаправленной замкнутой винтовой канавкой, размещенной на поверхности вала лебедки (15), с помощью поворотного сухаря (18), совершает реверсивные осевые перемещения. Несущий трос (21) пропущен через клюз (23), уложен на ролики (20) и закреплен одним концом на барабане (16). Благодаря реверсивным осевым движениям барабана (16) и одновременно вращению водила (19) несущий трос (21) равномерно наматывается на барабан (16) или разматывается с барабана (16).The outer shaft of the winch (15) (see Fig. 2a) and the carrier (19) rotate simultaneously, while the drum (16) meshed with a bi-directional closed helical groove located on the surface of the winch shaft (15) using a rotary cracker (18) performs reverse axial movements. The carrier cable (21) is passed through the lock (23), laid on rollers (20) and fixed at one end to the drum (16). Due to the reverse axial movements of the drum (16) and simultaneously the rotation of the carrier (19), the carrier cable (21) is evenly wound on the drum (16) or unwound from the drum (16).
В варианте работы в составе донной станции подводный лебедочный зонд (25) (см. Фиг. 3) имеет положительную плавучесть в воде, находясь в вертикальном положении датчиками вверх, при этом лебедка (1) находится в нижней части зонда (25). Второй конец несущего троса (21) прикреплен либо к донному якорю (26), либо к опоре, например притопленной плавучести (28), установленной над размыкателем (27) донного якоря (26).In a variant of operation, the underwater winch probe (25) as a part of the bottom station (see Fig. 3) has positive buoyancy in water, being upright with the sensors up, while the winch (1) is located in the lower part of the probe (25). The second end of the support cable (21) is attached either to the bottom anchor (26) or to a support, for example, submerged buoyancy (28), mounted above the disconnect (27) of the bottom anchor (26).
В подводный лебедочный зонд (25), присоединенный несущим тросом (21) к донному якорю (26) или протопленной плавучести (28), опционально устанавливается пневматический насос (8), который предназначен для перекачки воздуха между внутренним прочным корпусом (2) зонда и наружной расширительной емкостью (12): при всплытии (см. Фиг. 3а, б) для увеличения плавучести зонда за счет закачки воздуха из корпуса в наружную расширительную емкость (12), а при погружении (см. Фиг. 3в) для уменьшения плавучести зонда за счет откачки воздуха из наружной расширительной емкости (12) внутрь корпуса (2). В этом зонде опционально устанавливается терминал связи с антеннами (13) для передачи данных измерений параметров водной среды, например, по радиоканалу или по каналу мобильной телефонной связи при всплытии зонда на поверхность воды (см. Фиг. 3б). При всплытии наружная расширительная емкость (12), надутая воздухом, обеспечивает возвышение антенн (13) над поверхностью воды.An air pump (8) is optionally installed in the underwater winch probe (25), attached to the bottom anchor (26) or to the flooded buoyancy (28) with a support cable (21), which is designed to transfer air between the inner strong body (2) of the probe and the outer expansion tank (12): during ascent (see Fig. 3a, b) to increase the buoyancy of the probe by pumping air from the body into the external expansion tank (12), and when immersed (see Fig. 3c) to reduce the buoyancy of the probe beyond account for pumping air from the external expansion tank sti (12) inside the housing (2). An optional communication terminal with antennas (13) is installed in this probe for transmitting measurement data on the parameters of the aquatic environment, for example, via a radio channel or via a mobile telephone channel when the probe emerges to the surface of the water (see Fig. 3b). When surfacing, the external expansion tank (12), inflated with air, provides the elevation of the antennas (13) above the surface of the water.
В другом варианте эксплуатации, когда зонд (25) свешивается на тросе с льдины (29) (см. Фиг. 4а, б), второй конец несущего троса (21) прикреплен к опоре (30) на льдине. Причем зонд подвешивается на тросе так, чтобы датчики находились в нижней части зонда (25), а лебедка (1) - в верхней части зонда (25). В таком варианте эксплуатации зонд имеет небольшую отрицательную плавучесть.In another embodiment, when the probe (25) hangs on a cable from an ice floe (29) (see Fig. 4a, b), the second end of the carrier cable (21) is attached to the support (30) on the ice. Moreover, the probe is suspended on a cable so that the sensors are in the lower part of the probe (25), and the winch (1) is in the upper part of the probe (25). In this embodiment, the probe has a small negative buoyancy.
При погружении и подъеме зонд проводит измерения водной среды с помощью датчика (7). По достижении заданного горизонта, определяемого по датчику давления (6), меняется направление вращения мотора электропривода (3), вследствие чего меняется направление вращения барабана (16) лебедки (1). Таким образом, периодически наматывая и разматывая несущий трос (21), подводный лебедочный зонд то поднимается, то опускается в водной толще, проводя измерения вертикальных распределений параметров водной среды.During immersion and ascent, the probe measures the aquatic environment using a sensor (7). Upon reaching a given horizon, determined by the pressure sensor (6), the direction of rotation of the electric motor (3) changes, as a result of which the direction of rotation of the drum (16) of the winch (1) changes. Thus, periodically winding and unwinding the bearing cable (21), the underwater winch probe either rises or falls in the water column, making measurements of the vertical distributions of the parameters of the aquatic environment.
Проведенные исследования показали, что при вращении наружного вала лебедки (15) на барабане (16), совершавшем возвратно-поступательные движения вдоль направляющих (17), при наматывании и сматывании несущего троса (21) с помощью водила (19), вращающегося вокруг барабана (16), даже при ослаблении натяжения троса (21), не создавалось перехлеста витков троса и петлеобразования, и была отмечена равномерная укладка троса (21), что свидетельствует о надежности заявленной конструкции подводного лебедочного зонда для автоматического профилирования водной толщи внутреннего водоема или акватории морского шельфа вплоть до поверхности моря. А компактность зонда и удобство в его эксплуатации достигаются благодаря компоновке оборудования зонда - размещению в прочном корпусе: электропривода лебедки, блока батарей, электронного модуля управления, электронных модулей датчиков окружающей среды, модема связи, а также размещению на крышке прочного корпуса: чувствительных элементов датчиков и антенны для оперативной передачи данных измерений.Studies have shown that during the rotation of the outer shaft of the winch (15) on the drum (16), making reciprocating movements along the guides (17), when winding and winding the support cable (21) using a carrier (19), rotating around the drum ( 16), even when the cable tension was weakened (21), overlapping of the cable turns and loop formation was not created, and the cable was laid evenly (21), which indicates the reliability of the claimed design of an underwater winch probe for automatic profiling of water the depths of the inland body of water or the waters of the sea shelf up to the surface of the sea And the probe’s compactness and convenience in its operation are achieved due to the arrangement of the probe equipment — placement in a rugged case: electric winch, battery pack, electronic control module, electronic environmental sensor modules, communication modem, as well as placement on the cover of a rugged case: sensitive sensor elements and antennas for on-line transmission of measurement data.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103156A RU2642677C1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Underwater winch probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103156A RU2642677C1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Underwater winch probe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642677C1 true RU2642677C1 (en) | 2018-01-25 |
Family
ID=61023784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017103156A RU2642677C1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Underwater winch probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642677C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197342U1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-04-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Мем" | MARINE GEOPHYSICAL CABLE WINCH |
| RU2728887C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-07-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН) | Buoy for long-term oceanographic stations |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU715440A1 (en) * | 1978-01-06 | 1980-02-15 | Череповецкий Ордена Ленина Металлургический Завод Им. 50-Летия Ссср | Cable winch |
| SU1322977A3 (en) * | 1982-02-16 | 1987-07-07 | Осродек Бадавчо-Розвоевы Техники Гэолегичнэй (Инопредприятие) | Measuring rope winch |
| SU1446097A1 (en) * | 1986-12-11 | 1988-12-23 | С.А.Журавлев | Winch |
| RU2096247C1 (en) * | 1994-05-10 | 1997-11-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Autonomous position station for depth sounding of water medium, method of determination of parameters of water medium and method of transmission of measured parameters |
| 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 |
| US20140348593A1 (en) * | 2011-09-16 | 2014-11-27 | Nigk Corporation | Underwater rising/falling device |
-
2017
- 2017-01-31 RU RU2017103156A patent/RU2642677C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU715440A1 (en) * | 1978-01-06 | 1980-02-15 | Череповецкий Ордена Ленина Металлургический Завод Им. 50-Летия Ссср | Cable winch |
| SU1322977A3 (en) * | 1982-02-16 | 1987-07-07 | Осродек Бадавчо-Розвоевы Техники Гэолегичнэй (Инопредприятие) | Measuring rope winch |
| SU1446097A1 (en) * | 1986-12-11 | 1988-12-23 | С.А.Журавлев | Winch |
| RU2096247C1 (en) * | 1994-05-10 | 1997-11-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Autonomous position station for depth sounding of water medium, method of determination of parameters of water medium and method of transmission of measured parameters |
| 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 |
| US20140348593A1 (en) * | 2011-09-16 | 2014-11-27 | Nigk Corporation | Underwater rising/falling device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197342U1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-04-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Мем" | MARINE GEOPHYSICAL CABLE WINCH |
| RU2728887C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-07-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН) | Buoy for long-term oceanographic stations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108189969B (en) | Deep sea anchor system subsurface buoy system based on satellite communication data real-time transmission | |
| CN105438408B (en) | All-around intelligent detects buoy | |
| CN108216492A (en) | A kind of high-precision subsurface buoy array 1 system for realizing oceanographic data area monitoring | |
| CN109835438B (en) | Lifting submerged buoy device | |
| KR101585049B1 (en) | Unmanned ship for water sampling | |
| US9822757B2 (en) | Underwater tethered telemetry platform | |
| KR101841594B1 (en) | The buoyancy device equipped with a waterproof formula ocean observation | |
| WO2013039048A1 (en) | Underwater rising/falling device | |
| US5869756A (en) | Moored water profiling apparatus | |
| CN205246073U (en) | Fixed point is from going up and down marine environment measuring platform | |
| JP2016129514A (en) | Aquaculture water tank water quality monitoring device and aquaculture system using the same | |
| RU2642677C1 (en) | Underwater winch probe | |
| WO2013073570A1 (en) | Marine information collection system | |
| KR101565583B1 (en) | A measuring equipment for data acquisition on the vertical profile in underwater environment | |
| KR101982927B1 (en) | Hydrosphere monitoring system and hydrosphere monitoring device | |
| CN114701602B (en) | Position control method for anchoring buoy monitoring device with winch | |
| KR101025872B1 (en) | Apparatus for vertical profiling seawater from buoy being able to observe waves | |
| CN104309765B (en) | Portable deep-sea multi-sensor carrying device | |
| CN111186532A (en) | Device and method for observing ocean real-time profile based on anchor chain track | |
| CN219590021U (en) | Monitoring device | |
| KR100832679B1 (en) | Water quality measuring buoy system of automatic adaptability on water depth | |
| JP2001151474A (en) | Elevating device for underwater observation device | |
| RU2499280C2 (en) | Profile recorder for vertical probing marine environment | |
| RU2669251C1 (en) | Measuring system for determining parameters of water medium in course of ship (options) | |
| Fowler et al. | An energy-conserving oceanographic profiler for use under mobile ice cover: ICYCLER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200201 |