RU2137662C1 - Сканирующий тепловой буй - Google Patents
Сканирующий тепловой буй 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
Сканирующий буй содержит прочный цилиндрический корпус с приборным контейнером, а также герметично соединенные между собой и заполненные легко испаряемой жидкостью сильфоны большего и меньшего диаметра, причем последний выполнен выходящим за пределы прочного цилиндрического корпуса. Сильфон большего диаметра упирается одной торцевой стенкой в боковую поверхность цилиндрического корпуса, а его вторая торцевая стенка, соединенная со штоком, взаимодействующим со стопором, контактирует с пружиной, зажатой между этой стенкой сильфона и противоположной стенкой цилиндрического корпуса. Противоположные торцевые стенки сильфонов жестко соединены стержнем, проходящим через их общую внутреннюю полость. Такое выполнение буя повышает его надежность и обеспечивает работу в режиме автоматического сканирования по глубине. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике освоения океана, а именно к подводным аппаратам - буям с изменяемой плавучестью.
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.).
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.
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.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности теплового устройства изменения плавучести и использования данного устройства в режиме автоматического сканирования по глубине.
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.
На чертеже показана принципиальная схема устройства сканирующего теплового буя.
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.
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.
Приведем расчеты, демонстрирующие работоспособность предлагаемого устройства сканирующего буя.
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.
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.
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.
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.
Из этих уравнений получаем соотношение для относительного изменения длины пружины.
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.
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.
Claims (1)
- Сканирующий тепловой буй, включающий в себя прочный цилиндрический корпус, содержащий приборный контейнер и стальной сильфон, упирающийся одной торцевой стенкой в боковую поверхность цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя стальную пружину, зажатую между второй торцевой стенкой сильфона и противоположной боковой стенкой цилиндрического корпуса, а также стопор, взаимодействующий со штоком, 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98120544A RU2137662C1 (ru) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Сканирующий тепловой буй |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98120544A RU2137662C1 (ru) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Сканирующий тепловой буй |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2137662C1 true RU2137662C1 (ru) | 1999-09-20 |
Family
ID=20212257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98120544A RU2137662C1 (ru) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | Сканирующий тепловой буй |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2137662C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445229C1 (ru) * | 2010-12-07 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Сканирующий зонд для работы в океане |
RU2482001C2 (ru) * | 2011-01-24 | 2013-05-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Способ управления плавучестью подводного аппарата робота-зонда |
CN106240756A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-12-21 | 常熟中德重机有限公司 | 一种耐冲击型组合式浮标 |
RU2609849C1 (ru) * | 2015-11-27 | 2017-02-06 | Александр Григорьевич Островский | Автономный дрейфующий профилирующий океанологический буй |
RU2662570C2 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Устройство для реализации способа передвижения по вертикали подводного аппарата за счёт солнечной энергии, использующее управление его плавучестью |
RU2664613C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Способ передвижения по вертикали подводного аппарата за счет солнечной энергии, использующий управление его плавучестью |
-
1998
- 1998-11-13 RU RU98120544A patent/RU2137662C1/ru active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445229C1 (ru) * | 2010-12-07 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Сканирующий зонд для работы в океане |
RU2482001C2 (ru) * | 2011-01-24 | 2013-05-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Способ управления плавучестью подводного аппарата робота-зонда |
RU2609849C1 (ru) * | 2015-11-27 | 2017-02-06 | Александр Григорьевич Островский | Автономный дрейфующий профилирующий океанологический буй |
CN106240756A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-12-21 | 常熟中德重机有限公司 | 一种耐冲击型组合式浮标 |
RU2662570C2 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Устройство для реализации способа передвижения по вертикали подводного аппарата за счёт солнечной энергии, использующее управление его плавучестью |
RU2664613C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Способ передвижения по вертикали подводного аппарата за счет солнечной энергии, использующий управление его плавучестью |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2137662C1 (ru) | Сканирующий тепловой буй | |
NO814039L (no) | Fremgangsmaate og anordning for aa utvinne energi fra vaeskeboelger | |
US6807856B1 (en) | Variable buoyancy profiling device | |
CA2646547A1 (en) | Wave energy converter | |
US5303552A (en) | Compressed gas buoyancy generator powered by temperature differences in a fluid body | |
RU2124457C1 (ru) | Способ и устройство (варианты) перемещения по глубине подводного аппарата с использованием температурного градиента морской среды | |
RU2130401C1 (ru) | Устройство перемещения по глубине подводного аппарата, использующее тепловую энергию окружающей среды | |
RU98101340A (ru) | Способ и устройства перемещения по глубине подводного аппарата с использованием температурного градиента морской среды | |
MXPA05011426A (es) | Sensor indicativo de control de existencias. | |
RU2142385C1 (ru) | Тепловое устройство перемещения по глубине подводного аппарата | |
JPS60146709A (ja) | 油空圧式車輌懸架装置 | |
RU2153439C2 (ru) | Устройство перемещения по глубине подводного аппарата с использованием температурного градиента термоклина | |
RU2081782C1 (ru) | Способ перемещения по глубине подводного аппарата и устройство для его осуществления (варианты) | |
EP2776310B1 (en) | Autonomous variable buoyancy device | |
RU2669468C1 (ru) | Устройство изменения плавучести подводного аппарата | |
SU1025875A1 (ru) | Тепловой привод скважинного прибора | |
RU98102785A (ru) | Устройство перемещения по глубине с использованием температурного градиента термоклина | |
RU2668937C1 (ru) | Устройство для изменения плавучести подводного аппарата | |
RU2662570C2 (ru) | Устройство для реализации способа передвижения по вертикали подводного аппарата за счёт солнечной энергии, использующее управление его плавучестью | |
SU853350A1 (ru) | Теплова труба | |
RU2664613C1 (ru) | Способ передвижения по вертикали подводного аппарата за счет солнечной энергии, использующий управление его плавучестью | |
RU94010989A (ru) | Способ и устройство (варианты) перемещения по глубине | |
RU2251510C1 (ru) | Устройство для подводного разъединения сцепных элементов | |
SU1754481A1 (ru) | Авторучка | |
RU2084258C1 (ru) | Двигатель тепловой |