SU1119918A1 - Способ регулировани плавучести бу и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ регулировани  плавучести бу , включающий выпуск газа из оболочки плавучести и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку плавучести и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности гидрофизических измерений путем обеспечени  посто нной заданной скорости погружени  и всплыти , выпуск или подачу газа прекращают при достижении заданной величины объема газа в оболочке, а затем поддерживают этот объем посто нным, подава  или выпуска  газ в зависимости от величины объема газа относительно заданного значени . (Л со СО 00

Description

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что объем газа поддерживают при погружении меньше, а при всплытии больше на одну и ту же величину относительно объема, соответствующего состо нию нулевой плавучести бу  в водной среде.

3.Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее оболочку плавучести, в верхней части которой расположен управл емый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие дл  прохода забортной воды, а также газогенератор с управл емым клапаном подачи газа в полость оболочки,и устройство автоматического управлени  плавучестью, включающее командный блок и управл ющие узлы, св занные с указанными клапанами, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности гидрофизических измерений путем обеспечени  посто нной заданной скорости погружени  и всплыти  бу , оно снабжено двум  датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, установленными внутри этой оболочки на заданном рассто нии выше и ниже уровн , соответствующего состо нию нулевой плавучести бу , а устройство автоматического управлени  плавучестью выполнено с дополнительными датчиками поверхности и заданной глубины, узлом

установки исходного положени  элементов, генератором импульсов, двум  формирующими узлами, вход каждого из которых соединен соответственно с датчиком поверхности и заданной глубины, а выход - с входом командного блока, и двум  электрическими цеп ми, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных между собой дополнительного формирующего узла, блокирующего и самоблокирующего узлов, причем вход каждой из этих цепей св зан соответственно с указанными верхним и нижним датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, а выход - соответственно с каждым из указанных узлов, управл ющих клапанами выпуска и подачи газа в оболочку, при этом два выхода командного блока св заны соответственно с одним из входов каждого управл ющего и расположенного в противоположной электрической цепи блокирующего узлов, а третий выход св зан с входом узла установки исходного положени  элементов, выход которого соединен с одним из входов каждого блокирующего , самоблокирующего и управл ющего узлов, причем генератор импульсов соединен входами соответственно с одним из выходов каждого блокирующего узла, а выходами - соответственно с одним из входов каждого управл ющего узла.

1

Изобретение относитс  к технике освоени  и исследовани  океана, в частности к способу регулировани  плавучестью бу  и устройству дл  его осуществлени .

Известен способ регулировани  плавучести бу , включающий выпуск газа из оболочки плавучести и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку плавучести и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа 1.

Известно устройство дл  осуществлени  способа регулировани  плавучести бу , содержащее оболочку плэвучести, в верхней части которой расположен управл емый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие дл  прохода забортной воды, а также газогенератор с управл емым клапаном подачи газа в полость оболочки, и устройство автоматического управлени  плавучестью, включающее командный блок и управл ющие узлы, св занные с указанными клапанами 1.

Недостатком известного способа  вл етс  невозможность обеспечени  посто нной заданной скорости погружени  и всплыти  бу , в результате чего снижаетс  точность гидрофизических измерений.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность гидрофизических измерений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности гидрофизических измереиий путем обеспечени  посто нной задаиной скорости погружени  и всплыти  бу .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу регулировани  плавучести бу , включающему выпуск газа из оболочки плавучести и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку плавучести и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа, выпуск или подачу газа прекращают при достижении заданной величины объема газа в оболочке , а затем поддерживают этот объем посто нным, подава  или выпуска  газ в зависимости от величины объема газа относительно заданного значени . При этом объем газа поддерживают при погружении меньше, а при всплытии больше на одну и ту же величину относительно объема , соответствующего состо нию нулевой плавучести бу  в водной среде. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее оболочку плавучести , в верхней части которой расположен управл емый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие дл  прохода забортной воды, а также газогенератор с управл емым клапаном подачи газа в полость оболочки, и устройство автоматического управлени  плавучестью, включающее командный блок и управл ющие узлы , св занные с указанными клапанами, снабжено двум  датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, установленными внутри этой оболочки на заданном рассто нии выше и ниже уровн , соответствующего состо нию нулевой плавучести бу , а устройство автоматического управлени  плавучестью выполнено с дополнительными датчиками поверхности и заданной глубины, узлом установки исходного положени  элементов, генератором импульсов , двум  формирующими узлами, вход каждого из которых соединен соответственно с датчиком поверхности и заданной глубины , а вход - с входом командного блока, и двум  электрическими цеп ми, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных между собой дополнительного формирующего узла, блокирующего и самоблокирующего узлов, причем вход каждой из этих цепей св зан соответственно с указанными верхним и нижним датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, а выход соответственно - с каждым из указанных узлов, управл ющих клапанами выпуска и подачи газа в оболочку, при этом два выхода командного блока св заны соответственно с одним из входов каждого управл ющего и расположенного в противоположной электрической цепи блокирующего узлов, а третий выход св зан с входом узла установки исходного положени  элемейтов, выход которого соединен с одним из входов каждого блокирующего, самоблокирующего и управл ющего узлов, причем генератор импульсов соединен входами соответственно с одним из выходов каждого блокирующего узла, а выходами - соответственно с одним из входов каждого управл ющего узла. На фиг. 1 показано устройство дл  осуществлени  предлагаемого способа; на фиг. 2 - датчик уровн  забортной воды в оболочке; на фиг. 3 - схема устройства автоматического управлени ; на фиг. 4 - схема работы устройства при погружении; на фиг. 5 - то же, при всплытии; на фиг. .6-11 - схема работы устройства. В способе осуществл ютс  следующие операции: выпускают газ из оболочки (подают газ в полость оболочки); заполн ют оболочку забортной водой (вытесн ют воду из оболочки; прекращают выпуск (подачу) газа при достижении объемом газа в оболочке заданной величины; поддерживают посто нным по величине этот объем газа, дл  чего газ подают при погружении и выпускают при всплытии в зависимости от величины объема, занимаемого газом в оболочке относительно заданного значени . Способ лучше всего можно пон ть из описани  конструкции и работы устройства дл  его осуществлени  (фиг. 1-4). Устройство содержит оболочку плавучести 1, внизу которой имеетс  проход 2 дл  забортной воды, а вверху - управл емый клапан 3 выпуска газа из оболочки. Буй имеет газогенератор 4 (давление газа в котором превышает окружающее) и трубопровод 5 с управл емым клапаном 6 дл  подачи газа в полость оболочки 1. Датчики 7 и 8 уровней забортной воды в оболочке установлены внутри оболочки: датчик 7 погружени  выще, а датчик 8 всплыти  ниже уровн , при достижении которого поверхностью вощедшей забортной воды буй урановещен в среде, т.е. относительно уровн , соответствующего значению нулевой плавучести (НП) бу  в среде. К бую присоединены измерительные приборы 9. Каждый из датчиков 7 н 8 выполнен в виде поплавка положительной плавучести (фиг. 2). Он представл ет собой поворотный рычаг 10, на одном конце которого, расположенном под двум  контактами 11 и 12 (дл  датчика 7) и 13 и 14 (дл  датчика 8), закреплена жестка  емкость 15 така , что приведенна  плотность поплавка меньще плотности воды. Датчик другим концом установлен на горизонтальной оси 16. Устройство автоматического управлени  плавучестью 17 (фиг. 3) включает датчики 18 заданной глубины и 19 поверхности мор , командный блок 20, узел 21 установки исходного положени  элементов и генератор 22 импульсов, а также формирующие узлы 23, 24 и дополнительные формирующие узлы 25 и 26 соответствующих датчиков, блокирующие узлы 27 и 28, самоблокирующие узлы 29 и 30 датчиков 7 и 8 уровней, управл ющие узлы 31 и 32 включени  электромагнитов 33 и 34 соответствующих газовых клапанов 3 и 6. Питание осуществл етс  от. автономного источника напр жени  (не показан). Погружение. Буй, имеющий на поверхности воды положительную плавучесть, опускают в воду. По сигналу датчика поверхности 19 командный блок 20 формирует две команды (фиг. 3): одна сразу подаетс  на узел 21 установки рабочего положеии  элементов, который приводит в рабочее положение все блокирующие и управл ющие узлы (блокировка сн та, газовые клапаны закрыты); втора  команда, через заданную задержку, подаетс  непосредственно на погружение: через управл ющий узел 31 открываетс  клапан 3 (фиг. 4), а через блокирующий узел 28 при погружении блокируютс  сигналы датчика 8 (т.е. при погружении этот датчик отключен).

Газ выходит из оболочки 1 через клапан 3 (фиг. 4), уровень воды в оболочке поднимаетс ; буй погружаетс . Положительна  плавучесть бу  под действием силы т жести уменьшаетс  до нул , и при переходе поверхностью забортной воды уровн  НП плавучесть бу  становитс  отрицательной . Датчик 7, вначале опущенный, вместе с уровнем воды поднимаетс  и при переходе через горизонтальное положение срабатывают контакты 1 и 12 датчика 7 (фиг. 5): по одному сигналу через управл ющий узел 3 закрываетс  клапан 3 (выпуск газа из оболочки прекращаетс ) и посредством самоблокирующего узла 29 блокируютс  последующие сигналы от датчика 7 на управл ющий узел 31 клапана 3; по другому сигналу через генератор 22 импульсов и управл ющий узел 32 открываетс  клапан 6 и газ из газогенератора 4, где он находитс  под давлением, превыщающим окружающее, подаетс  порци ми в оболочку с частотой и длительностью, задаваемой генератором 22.

При дальнейшем погружении наружное давление возрастает, и объем газа, с одной стороны, уменьщаетс  за счет сжати , а с другой - увеличиваетс  за счет подачи газа в оболочку из газогенератора через клапан 6. При этом расход газа через клапан 6 устанавливают таким (например, изменением проходного сечени ), чтобы прирост объема вследствие подачи добавочной массы газа в оболочку был больще либо равен убыли вследствие сжати  (в противном случае объем газа в оболочке все врем  будет уменьшатьс  и не удастс  удержать его посто нным). При равенстве величин убыли и прироста объема результирующий объем посто нный и соответствует заданному. Если же прирост объема превышает его убыль, то уровень воды в оболочке понижаетс , датчик 7 опускаетс  (фиг. 6), и клапан 6 закрываетс  - погружение дальще идет с уменьшением объема вследствие сжати  до тех пор, пока датчик 7 оп ть не подниметс  и не подаст команду на впуск новых порций газа в оболочку (фиг. 7).

Таким образом, в процессе погружени  при достижении заданного объема газа в оболочке 1 клапан 3 выпуска газа закрываетс  и дальнейшее погружение идет с

поддержанием величины этого объема посто нной путем необходимой подачи газа в оболочку и-з газогенератора 4 через клапан 6. А это означает, что по достижении силой сопротивлени  движению величины, равной величине отрицательной плавучести бу , обусловленной заданным посто нным объемом, погружение бу  происходит с посто нной скоростью (в отличие от известного , где с погружением объем газа в оболочке уменьшаетс , что увеличивает отрицательную плавучесть бу  и, соответственно скорость его погружени ). Устанавлива  датчик 7 на разных уровн х выше уровн  НП, получают разный заданный объем, и

5 следовательно, различную посто нную скорость погружени .

Всплытие. При достижении заданной глубины срабатьшает датчик 18 глубины и по его сигналу (фиг. ,3) командный блок 0 20 формирует команду на узел 21 установки рабочего положени  блокирующих 27-30 и управл ющих 31 и 32 узлов, после чего он подает команду непосредственно на всплытие: через управл ющий узел 32 открываетс  клапан 6 (фиг. 8), а через блокирующий узел 27 при всплытии блокируютс  сигналы датчика 7 (т.е. при всплытии отключен этот датчик).

Газ, наход щийс  в газогенераторе 4

под давлением, превышающим давление

0 окружающей среды, подаетс  .в оболочку 1

через клапан 6 и начинает вытесн ть из

нее воду, в результате чего уровень воды в

оболочке понижаетс  и опускаетс  ниже

уровн  НП. Отрицательна  плавучесть бу 

уменьшаетс  до нул  и становитс  поло5 жительной, погружение бу  замедл етс ,

он останавливаетс  и начинает всплывать.

При достижении уровнем воды в оболочке датчика 8 последний опускаетс  вместе с ним, переходит горизонтальное положение д и срабатывают контакты 13 и 14 датчика 8 (фиг: 2): от одного из них закрываетс  клапан б через управл ющий узел 32 (подача газа в оболочку прекращаетс ) и посредством самоблокирующего узла 30 блокируютс  последующие сигналы от датчика 8 на 5 управл ющий узел 32 клапана 6; от другого сигнала через генератор 22 импульсов и управл ющий узел 31 открываетс  клапан 3 и газ травитс  из оболочки 1 (фиг. 9) порци ми .

При дальнейшем всплытии наружное давление уменьщаетс , и объем газа увеличиваетс  за счет расширени , а с другой стороны - уменьшаетс  за счет выпуска газа из оболочки через клапан 3. При этом расход газа через клапан 3 устанавливают таким 5 (например изменением проходного сечени ), чтобы убыль объема вследствие выпуска газа была больше либо равна приросту объема вследствие расширени  газа (иначе

объем газа в оболочке все врем  увеличиваетс  и не удастс  удержать его посто нным ) . При равенстве величин убыли и прибыли объема результирующий объем посто нный и соответствует заданному. Если же убыль объема превышает его прирост, то уровень воды в оболочке повышаетс , датчик 8 всплывает (фиг. 10) и клапан 3 закрываетс  - всплытие дальше идет с увеличением объема вследствие расширени  газа до тех пор, пока датчик 8 оп ть не сработает и не подаст сигнал на открытие клапана 3 и выпуск очередной порции газа из оболочки (фиг. 11).

Таким образом, в процессе всплыти  при достижении заданного объема газа в оболочке 1 клапан 6 подачи газа закрываетс  и дальнейшее всплытие идет с поддержанием величины этого объема посто нной путем необходимого выпуска газа из оболочки через клапан 3. А это означает, что по достижении силой сопротивлени  движению в среде величины, равной величине положительной плавучести бу , обусловленной заданным посто нным объемом, всплытие бу  происходит с посто нной скоростью (в отличие от известного, где при всплытии. объем газа в оболочке увеличиваетс , что увеличивает положительную плавучесть бу  и, соответственно, скорость его всплыти ).

Устанавлива  датчик 8 на разных уровн х ниже уровн  НП, получают разный посто нный объем и, следовательно, различную посто нную скорость всплыти .

Место установки датчиков 7 и 8 определ етс  заданной, скоростью погружени  и всплыти . После всплыти  бу  на поверхность срабатывает датчик 19 и погружение

/

повтор етс .. Оба датчика 7 и 8 работают одинаково, использу  силу плавучести дл  оказани  усили  на контакты 11 -14, величину которого можно измен ть выбором

размера емкости 15 и рассто ни  контактов до оси датчиков.

При установке датчиков 7 и 8 на одинаковом рассто нии от уровн  НП отрицательна  плавучесть бу  при погружении и положительна  плавучесть бу  при всплытии оказываютс  одинаковыми, что обуславливает одинаковые скорости погружени  и всплыти .

Предназначенность бу  дл  осуинч-твлени  способа состоит в том, что новые опорации способа - прекращение выпуски или подачи газа при достижении объемом f ц-ли внутри оболочки заданной величины и поддержание его посто нным при погружении и.всплытии - производ тс  с помощью двух датчиков уровней забортной воды в оболочке , установленных внутри оболочки на заданных уровн х, которые с помощью системы автоматического управлени  плавучестью подают сигналы на необходимые выпуск или подачу газа в оболочку плавучести

при достижении объемом газа заданного значени  и дл  поддержани  его посто нным при движении бу . /

Технико-экономические преимущества изобретени  состо т в возможности обеспечени  движени  измерительных буев с регулируемой плавучестью с посто нными заданными скорост ми погружени  и всплыти  при вертикальных гидрологических разрезах дл  повышени  точности проводимых измерений, облегчени  расшифровки и прив зки полученных данных.

/5

//

/

г.

Фиг. 5

фигЛ

Фиг. 7

фиг. 6

/V

О о

-Qo

в

jV

Фиг. 8

л

«г.-

/V

/el

/J /

. /

. //

Claims (3)

1. Способ регулирования плавучести буя, включающий выпуск газа из оболочки плавучести и заполнение ее забортной водой при погружении с последующим прекращением выпуска газа, а также подачу газа в оболочку плавучести и вытеснение из нее забортной воды при всплытии с последующим прекращением подачи газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности гидрофизических измерений путем обеспечения постоянной заданной скорости погружения и всплытия, выпуск или подачу газа прекращают при достижении заданной величины объема газа в оболочке, а затем поддерживают этот объем постоянным, подавая или выпуская газ в зависимости от величины объема газа относительно заданного значения.

Фиг. 1

2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что объем газа поддерживают при погружении меньше, а при всплытии больше на одну и ту же величину относительно объема, соответствующего состоянию нулевой плавучести буя в водной среде.

3. Устройство для осуществления способа по π. 1, содержащее оболочку плавучести, в верхней части которой расположен управляемый клапан выпуска из нее газа, а в нижней ее части выполнено отверстие для прохода забортной воды, а также газогенератор с управляемым клапаном подачи газа в полость оболочки,и устройство автоматического управления плавучестью, включающее командный блок и управляющие узлы, связанные с указанными клапанами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности гидрофизических измерений путем обеспечения постоянной заданной скорости погружения и всплытия буя, оно снабжено двумя датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, установленными внутри этой оболочки на заданном расстоянии выше и ниже уровня, соответствующего состоянию нулевой плавучести буя, а устройство автоматического управления плавучестью выполнено с дополнительными датчиками поверхности и заданной глубины, узлом установки исходного положения элементов, генератором импульсов, двумя формирующими узлами, вход каждого из которых 'соединен соответственно с датчиком поверхности и заданной глубины, а выход — с входом командного блока, и двумя электрическими цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных между собой дополнительного формирующего узла, блокирующего и самоблокирующего узлов, причем вход каждой из этих цепей связан соответственно с указанными верхним и нижним датчиками заданных уровней забортной воды в оболочке, а выход — соответственно с каждым из указанных узлов, управляющих клапанами выпуска и подачи газа в оболочку, при этом два выхода командного блока связаны соответственно с одним из входов каждого управляющего и расположенного в противоположной электрической цепи блокирующего узлов, а третий выход связан с входом узла установки исходного положения элементов, выход которого соединен с одним из входов каждого блокирующего , самоблокирующего и управляющего узлов, причем генератор импульсов соединен входами соответственно с одним из выходов каждого блокирующего узла, а выходами — соответственно с одним из входов каждого управляющего узла.