Профилограф для вертикального зондирования морской среды

Профилограф для вертикального зондирования морской среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническое решение относится к технике морских исследований посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды и может быть использовано в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий.

Известны конструкции буйковых станций [5-9], перемещаемых вверх-вниз по глубине посредством лебедки с тросом (кабель-тросом) размещенных внутри этих станций (зондов).

Общими признаками известных профилографов (зондов) [3-5 и др.], сканирующих по глубине, являются трос (или кабель-трос) снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, установленный на тросе контейнер, в котором размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи. При этом в части источников (см. например [4, 5, 7, 9]) система всплытия-погружения зондирующих станций только декларируется, но конструктивно не рассматривается. В ряде устройств [6, 8 и др.] перемещение контейнера осуществляется посредством намотки трос-кабеля на барабан лебедки с помощью реверсивного электродвигателя, снабженного редуктором.

Известно [3], что наличие лебедки является недостатком и в определенной степени ограничивает возможности профилографа.

Альтернативой использованию в качестве спуско-подъемного устройства лебедки является применение системы всплытия-погружения сканирующих (циклирующих) по тросу зондов [1-3].

Так, циклирующий зонд [3] для профилирования по глубине водной среды выполнен в виде обтекаемого крыла с размещенными внутри него тросом с направляющими роликами и двигателем с редуктором.

Известный аквазонд [2] циклирующего режима содержит последовательное тросовое соединение якоря, размыкающего устройства и притопленного поплавка, перемещающийся по тросу зонд снабжен набором датчиков, устройством обработки, источником питания и электроприводом, размещенным в отдельной от зонда плавучести.

Принятый за прототип профилограф (автономная станция для зондирования водной среды по глубине) по патенту RU 2297939 С2, 27.04.2007 [1] содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Основным недостатком устройства [1], как и других известных аналогов [2, 3], является наличие в системе всплытия-погружения редуктора, к.п.д. которого, как правило, не превышает 70%. Блок всплытия-погружения с высокооборотным (до 3000 об/мин) электродвигателем и понижающим шестереночным редуктором усложняет конструкцию профилографа [1], повышает его массу и габариты и снижает ресурс работы при автономном питании профилографа. Размещение (пропускание) кабель-троса внутри блока профилографа повышает трудоемкость и усложняет сборку (компоновку) устройства, его профилактику и ремонт.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных [1-3] устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой.

Основной технический результат - упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение к.п.д. и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. По сравнению с известными устройствами [1-3 и др.] профилограф имеет меньшую массу и меньшие габариты, а также рациональную конструкцию направляющего кабель-трос устройства вне обтекаемой оболочки контейнера.

Технический результат достигается следующим образом.

Профилограф для вертикального зондирования морской среды содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Отличительной особенностью профилографа является то, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой. Снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера. Крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

Профилограф также отличается тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы, и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов. При этом кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.

На фиг.1 показана общая конструктивная схема профилографа для вертикального зондирования морской среды; на фиг.2 приведена блок-схема размещения аппаратуры внутри контейнера; на фиг.3 представлена схема системы всплытия-погружения, выполненной в виде безредукторного реверсивного электропривода с ШЭД; фиг.4 иллюстрирует конструкцию электропривода.

На чертежах использованы следующие обозначения:

1 - кабель-трос;

2 - якорь;

3 - размыкатель;

4 - плавучесть;

5 - контейнер профилографа;

6 - блок зондирующих измерительных приборов;

7 - система всплытия-погружения (электропривод) в составе:

7.1 - цилиндрический корпус;

7.2 - крышка;

7.3 - шаговый электродвигатель ШЭД (схематично в разрезе);

7.4 - внутренняя магнитная полу муфта;

7.5 - подшипники скольжения;

7.6 - внешняя магнитная полумуфта;

7.7 - ведущий приводной ролик;

7.8 - роликовый прижимной механизм;

8 - блок приема и хранения измерительной информации;

9 - блок управления;

10 - блок питания;

11 - блок радио- и гидроакустической связи;

12 - электроразъем;

13 - обтекаемая оболочка контейнера.

Работа профилографа для вертикального зондирования морской среды, в основном, аналогична работе известных устройств [1-3] и заключается в следующем.

В пункте наблюдения судно-носитель погружает кабель-трос 1, снабженный на одном конце якорем 2 с размыкателем 3, а на другом-плавучестью 4, с установленным на кабель-тросе контейнером 5 (фиг.1). Контейнер 5 посредством электропривода 7 перемещается вверх-вниз по кабель-тросу 1 по командам блока 9 управления. На заданных горизонтах контейнер 5 останавливается, и блок 6 зондирующих измерительных приборов измеряет гидрологические и динамические параметры водной среды, а также осуществляет химико-биологические и экологические замеры. Прием и хранение измерительной информации осуществляет блок 8, питание аппаратуры контейнера 5 обеспечивает блок 10. Для радио- и гидроакустической связи контейнера 5 с судном-носителем служит блок 11. Управление работой аппаратуры профилографа, размещенной в контейнере 5 (фиг.2) осуществляет программно-вычислительный блок 9. Структура и работа блоков 6, 8-11 известны и приведены, например в RU 28778 U1, 10.04.2003; RU 2229146, 20.05.2004.

Функционирование профилографа отличается, в основном, работой системы 7 всплытия-погружения (электропривода). Реверсивный электропривод 7 (фиг.3, 4) выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса 7.1 с крышкой 7.2 шаговый электродвигатель ШЭД 7.3 с магнитной муфтой, который по программам, заданным блоком 9 управления, обеспечивает перемещение контейнера 5 вверх-вниз по кабель-тросу 1. Магнитная муфта (внутренняя и внешняя полумуфты 7.4 и 7.6) служат магнитным пускателем электропривода 7 для передачи вращающего момента ведущему приводному ролику 7.7.

В качестве ШЭД 7.3 с магнитной муфтой может быть использован, например, низкооборотный (19-94 об/мин) шаговый электродвигатель марки AD-200-21. Работой ШЭД 7.3 электропривода 7 управляет блок 9 через электроразъем 12, по которому также подается электропитание от блока 10.

Аппаратурная часть профилографа в составе блоков 6-11 закреплена на раме контейнера 5, помещенной в обтекаемую оболочку 13 (фиг.2).

Перемещение контейнера 5 по кабель-тросу 1 осуществляется посредством ведущего приводного ролика 7.7 и прижимного (направляющего) механизма 7.8, смонтированного из двух рольгангов. Фиксация (стопор) приводного ролика 7.7 обеспечивает остановку движения контейнера 5 на заданном горизонте измерения.

Опытный образец профилографа практически подтвердил достижение технического результата: упрощение конструкции при снижении массы и габаритов электропривода в среднем на 10-15% и уменьшение его энергопотребления (а следовательно, увеличение рабочего ресурса с автономным источником питания) в среднем до 15-20%.

Таким образом, из описания профилографа и его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2297939 С2, 27.04.2007 (прототип).

2. RU 2325674 С1, 27.05.2008 (аналог).

3. US 5869756 (А), 09.02.1999 (аналог).

4. RU 2404081 С1, 20.11.2010 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

5. RU 2096247 С1, 20.11.1997.

6. RU 2184674 С1, 10.07.2002.

7. GB 1248901 (А1), 06.10.1971.

8. US 2009269709 (А1), 29.10.2009.

9. JP 2010285072 (А), 24.12.2010.

1. Профилограф для вертикального зондирования морской среды, содержащий кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода, отличающийся тем, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой, снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера, а крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

2. Профилограф по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов, причем кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.