PL238525B1 - Urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie balastujące ze zbiornikiem tłokowym służące do zanurzania pojazdu podwodnego.

Problem zanurzenia i wynurzenia pojazdu podwodnego jest problemem technicznym, który jest rozwiązywany na różne sposoby, zależnie od wielkości jednostki, niezbędnych nakładów finansowych oraz przeznaczenia pojazdu podwodnego.

Znane i stosowane w praktyce systemy balastowania pojazdów podwodnych, instalowane w dużych jednostkach, opierają się o zewnętrzny zbiornik balastowy napełniany przemiennie wodą lub powietrzem. Takie rozwiązanie zwiększa jednak masę i objętość balastowanego pojazdu, co jednocześnie zmniejsza jego manewrowość i sprawność. Sam proces zanurzenia takiego pojazdu generuje wiele hałasu. Odpowiedzialne są za to stosowane w tym rozwiązaniu kompresory i inne urządzenia obsługujące zbiornik balastowy. Ponadto podczas pracy takiego systemu wydobywają się poza pojazd pęcherze powietrza, co nie zawsze jest zjawiskiem pożądanym.

W pojazdach bezzałogowych, zarówno sterowanych jak i autonomicznych, ze względu na ich niewielkie rozmiary nie ma możliwości zainstalowania klasycznych systemów balastujących. Dlatego w tego typu pojazdach podwodnych stosuje się pędniki pionowe do zmiany głębokości pływania. Nieustannie pracujące pędniki również generują znaczny hałas, a co więcej powodują zmętnienie wody podczas prowadzenia inspekcji na terenach przydennych. Takie zmętnienie wody utrudnia, czy wręcz uniemożliwia prawidłowe realizowanie zadań z zakresu obserwacji podwodnych prowadzonych przy pomocy takiego pojazdu.

Znane jest z opisu wynalazku CN107010189A urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego zawierające cylinder z otworem, tłok oraz silnik z przekładnią.

Znane są z praktyki stosowania w zdalnie sterowanych modelach okrętów podwodnych urządzenia do balastowania z wykorzystaniem tłokowego zbiornika balastowego. Urządzenie takie składa się m.in. cylindra, tłoka, nakrętki i śruby. Tłok w cylindrze połączony jest na stałe ze śrubą na której zamontowana jest współpracująca ze śrubą nakrętka. Na zewnętrznej powierzchni nakrętki osadzone jest na stałe koło zębate współpracujące z wielostopniową przekładnią zębatą przenoszącą ruch z wału silnika napędowego. Ruch obrotowy wału silnika powoduje obrót koła zębatego osadzonego na nakrętce, a tym samym obrót nakrętki, która z kolei poprzez gwint powoduje przesunięcie śruby wzdłuż jej osi, a tym samym przesunięcie tłoka wzdłuż osi cylindra. Ciecz z cylindra odprowadzana jest na zewnątrz za pomocą elastycznego przewodu. Zastosowany silnik elektryczny prądu stałego umożliwia przesuw tłoka pomiędzy skrajnymi położeniami w cylindrze z możliwością ustawienia położenia tłoka w dowolnym miejscu cylindra. Pozwala to na uproszczenie konstrukcji i systemu sterowania. Zaletą tego typu rozwiązania jest jego niewielki rozmiar. Pozwala ono na zanurzanie i wynurzanie wyposażonego w nie pojazdu bez wywoływania zawirowań wody co pozwala na niezakłóconą inspekcję obszaru przydennego. Cechą tego typu rozwiązań jest potencjalna samohamowność nakrętki i śruby, która uniemożliwia przeniesienie obciążenia ze śruby na silnik elektryczny. Dzięki temu możliwe jest odłączenie zasilania silnika przy położeniu tłoka w żądanej pozycji. Ponadto, koła zębate realizujące przeniesienie napędu z silnika na nakrętkę generują zauważalny poziom hałasu. Dodatkowo w trakcie swego działania w urządzeniu może dochodzić do niekontrolowanego obrotu tłoka względem cylindra, co może spowodować nieprawidłowości w działaniu urządzenia, zwłaszcza w przypadku konieczności długotrwałej pracy.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia balastującego do zanurzania pojazdu podwodnego, działającego w oparciu o zbiornik tłokowy, które będzie generowało jak najmniej hałasu przy jednoczesnym zwiększeniu sprawności działania w stosunku do rozwiązań wykorzystujących zbiornik tłokowy znany ze stanu techniki.

Urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego zawierające cylinder, pokrywę cylindra z uszczelnieniem, tłok, silnik z przekładnią i przetwornikiem położenia oraz połączony z cylindrem przewód elastyczny, przy czym silnik połączony jest z napędowym kołem pasowym, które za pośrednictwem pasa zębatego jest sprzęgnięte z napędzanym kołem pasowym, połączonym na stałe z nakrętką toczną mechanizmu śrubowo-tocznego, zawierającego śrubę toczną, która jest jednostronnie połączona z tłokiem osadzonym przesuwnie w cylindrze, charakteryzuje się tym, że śruba toczna ma okrągły gwint zewnętrzny, z którym współpracują kulki umieszczone w rowku wewnątrz nakrętki tocznej. Natomiast nakrętka toczna jest za pośrednictwem łożysk kulkowych osadzona w gniazdach drugiej obudowy i trzeciej obudowy.

PL 238 525 B1

Korzystnie, gdy naciąg pasa zębatego jest regulowany przez napinacz rolkowy.

Silnik połączony z napędowym kołem pasowym, za pośrednictwem pasa zębatego wprawia w ruch napędzane koło pasowe, które jest na stałe połączone z nakrętką toczną mechanizmu śrubowo-tocznego, zawierającego śrubę toczną, przystosowaną do połączenia z tłokiem osadzonym w cylindrze urządzenia. Śruba toczna posiada na zewnątrz gwint okrągły z którym współpracują kulki umieszczone w rowku wewnątrz nakrętki tocznej. To rozwiązanie powoduje zamianę tarcia ślizgowego występującego w mechanizmie śrubowym z gwintem trapezowym, metrycznym lub calowym na tarcie toc zne, charakteryzujące się mniejszym współczynnikiem tarcia w stosunku do tarcia ślizgowego. Obrót napędzanego koła pasowego powoduje obrót nakrętki tocznej osadzonej na dwóch łożyskach kulowych, które z kolei osadzone są w gniazdach obudów urządzenia. Wprawiona w ruch obrotowy nakrętka toczna powoduje ruch postępowy śruby tocznej przemieszczającej tłok, z którym jest połączona. Ruch tłoka zmienia poziom wypełnienia cylindra wodą poprzez wypompowywanie lub zasysanie jej do wnętrza cylindra za pośrednictwem przewodu elastycznego przymocowanego ze swej drugiej strony do przepustu w kadłubie pojazdu.

Zastosowanie mechanizmu śrubowo-tocznego, o dużo mniejszym współczynniku tarcia w stosunku do śruby trapezowej stosowanej w znanych rozwiązaniach, zapobiega samoczynnemu obracaniu się tłoka podczas pracy urządzenia. Tarcie ślizgowe pomiędzy znaną nakrętką i znaną śrubą, jest w tym przypadku zastąpione tarciem tocznym mechanizmu śrubowo-tocznego. Moment tarcia występujący w mechanizmie śrubowo-tocznym jest mniejszy od momentu tarcia występującego pomiędzy ściankami wewnętrznymi cylindra a powierzchnią tłoka. Dzięki temu tłok się nie obraca podczas pracy systemu balastowego co pozwala na wyeliminowanie dodatkowej prowadnicy zapobiegającej obracaniu się tłoka stosowanej w rozwiązaniach znanych ze stanu techniki. Znacznie upraszcza to konstrukcję i system sterowania urządzeniem według wynalazku w stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki.

Kolejną zaletą rozwiązania według wynalazku w stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki jest zwiększenie jego sprawności spowodowane zastosowaniem mechanizmu śrubowo-tocznego. Wykorzystanie mechanizmu śrubowo-tocznego zmniejsza opory ruchu, co pozwala na zastosowanie silnika o mniejszej mocy do osiągania tych samych głębokości niż w analogicznych rozwiązaniach znanych ze stanu techniki.

Ponadto, dzięki zastosowaniu mechanizmu śrubowo-tocznego oraz przeniesienia napędu za pośrednictwem przekładni pasowej z paskiem zębatym urządzenie według wynalazku generuje mniej hałasu niż urządzenia znane ze stanu techniki, wykorzystujące przekładnie zębate.

Urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego według wynalazku w przykładzie wykonania ukazano na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia całościowy widok urządzenia, Fig. 2 przedstawia widok urządzenia w częściowym rozbiciu, zaś Fig. 3 przedstawia widok mechanizmu śrubowo-tocznego z ułożyskowaniem w częściowym przekroju.

Urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego według wynalazku w przykładzie wykonania składa się z przewodu elastycznego 1 połączonego z pokrywą 2 cylindra umieszczoną na cylindrze 3, przy czym między pokrywą 2 cylindra 3, a powierzchnią wewnętrzną cylindra 3 jest uszczelnienie. Do drugiej pokrywy 5 cylindra 3 zamocowany jest silnik 4 z przekładnią i enkoderem. Wewnątrz drugiej pokrywy 5 jest zamontowane napędowe koło pasowe 7, pas zębaty 8, napędzane koło pasowe 9, nakrętka toczna 11, śruba toczna 12, napinacz 13 oraz pierwsze łożysko kulowe 10 i drugie łożysko kulowe 15. Druga pokrywa 5 jest zamknięta trzecią pokrywą 6.

Silnik 4 połączony jest poprzez napędowe koło pasowe 7, z pasem zębatym 8, poprzez który wprawia w ruch napędzane koło pasowe 9. Koło pasowe 9 jest na stałe połączone z nakrętką toczną 11 mechanizmu śrubowo-tocznego połączoną ze śrubą toczną 12 za pośrednictwem kulek 16. Naciąg pasa zębatego 8 regulowany jest przez napinacz 13. Nakrętka toczna 11 osadzona jest na dwóch łożyskach kulkowych 10 i 15, które z kolei osadzone są w gniazdach drugiej obudowy (5) i trzeciej obudowy (6), co umożliwia ruch obrotowy nakrętki 11. Wprawiona w ruch obrotowy nakrętka toczna 11 za pośrednictwem kulek umieszczonych w jej wnętrzu i współpracujących z gwintem okrągłym na powierzchni śruby, powoduje ruch postępowy śruby tocznej 12 przemieszczającej tłok 14, z którym jest ona połączona na stałe. Ruch tłoka 14 zmienia poziom wypełnienia cylindra 3 wodą poprzez wypompowywanie lub zasysanie jej do wnętrza cylindra 3 za pośrednictwem przewodu elastycznego 1.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie balastujące do zanurzania pojazdu podwodnego zawierające cylinder, pokrywę cylindra z uszczelnieniem, tłok, silnik z przekładnią i przetwornikiem położenia oraz połączony z cylindrem przewód elastyczny, przy czym silnik połączony jest z napędowym kołem pasowym, które za pośrednictwem pasa zębatego jest sprzęgnięte z napędzanym kołem pasowym, połączonym na stałe z nakrętką toczną mechanizmu śrubowo-tocznego, zawierającego śrubę toczną, która jest jednostronnie połączona z tłokiem osadzonym przesuwnie w cylindrze, znamienne tym, że śruba toczna (12) posiada okrągły gwint zewnętrzny, z którym współpracują kulki (16) umieszczone w rowku wewnątrz nakrętki tocznej (11), przy czym nakrętka toczna (11) jest za pośrednictwem łożysk kulkowych (10,15) osadzona w gniazdach drugiej obudowy (5) i trzeciej obudowy (6).
2. 2. Urządzenie balastujące, według zastrz. 1, znamienne tym, że z pasem zębatym (8) współpracuje napinacz (13) rolkowy.