Сосуд под давлением переменной плавучести

Система сосудов высокого давления с переменной плавучестью — это тип жесткого устройства контроля плавучести для водолазных систем, которое сохраняет постоянный объем и изменяет свою плотность путем изменения веса (массы) содержимого либо путем перемещения окружающей жидкости в жесткую емкость и из нее. сосуд под давлением или путем перемещения хранимой жидкости между внутренними и внешними контейнерами переменного объема. Сосуд под давлением используется, чтобы выдерживать гидростатическое давление подводной среды. В сосуде высокого давления с переменной плавучестью внутреннее давление может быть больше или меньше давления окружающей среды , а разница давлений может варьироваться от положительного до отрицательного в пределах рабочего диапазона глубины или оставаться положительной или отрицательной во всем диапазоне давлений, в зависимости от выбора конструкции.

Переменная плавучесть — полезная характеристика любой мобильной подводной системы, работающей в толще воды без внешней поддержки. ^[1] Примеры включают подводные лодки , подводные аппараты , донные спускаемые аппараты , дистанционно управляемые и автономные подводные аппараты , а также подводных водолазов .

Некоторым приложениям требуется всего один цикл от положительного к отрицательному и обратно, чтобы спуститься на глубину и вернуться на поверхность между развертываниями; другим могут потребоваться десятки-сотни циклов в течение нескольких месяцев во время одного развертывания или постоянные, но очень небольшие корректировки в обоих направлениях для поддержания постоянной глубины или нейтральной плавучести на изменяющихся глубинах. Для этой функции доступно несколько механизмов; некоторые подходят для нескольких циклов между положительной и отрицательной плавучестью, а другие необходимо пополнять между использованиями. Их пригодность зависит от требуемых характеристик для конкретного применения.

Использование переменной плавучести водолазных в системах

Мобильные подводные системы, работающие в толще воды без внешней поддержки, нуждаются в переменной плавучести. ^[1] и как таковые эти системы являются основной темой исследований в области подводных аппаратов . ^[2] Примеры включают подводные лодки, подводные аппараты, донные спускаемые аппараты, дистанционно управляемые и автономные подводные аппараты, ^[3] и подводные дайверы, работающие под давлением окружающей среды и в одной атмосфере. ^[4]

может Подводная лодка приближаться к равновесию в погруженном состоянии, но не имеет собственной устойчивости на глубине. Герметичная конструкция прочного корпуса обычно немного более сжимаема, чем вода, и, следовательно, теряет плавучесть с увеличением глубины. ^[5] Для точного и быстрого управления плавучестью и дифферентом на глубине на подводных лодках используются цистерны контроля глубины ( DCT ), также называемые жесткими цистернами (из-за их способности выдерживать более высокое давление) или дифферентными цистернами . Это сосуды под давлением с переменной плавучестью. Количество воды в резервуарах контроля глубины можно контролировать, чтобы изменить плавучесть судна, чтобы оно двигалось вверх или вниз в толще воды, или для поддержания постоянной глубины при изменении внешних условий (в основном плотности воды), и воду можно перекачивается между триммерными баками для управления продольным или поперечным дифферентом, не влияя на плавучесть. ^[6]

Глубину эксплуатации подводных аппаратов можно регулировать путем регулирования плавучести — путем изменения общего веса или вытесняемого объема — или путем векторной тяги. Плавучестью можно управлять, изменяя общий вес транспортного средства при постоянном объеме. ^[7] или путем изменения вытесняемого объема при постоянной массе автомобиля. Полученная плавучесть используется для управления скоростью качки и глубиной зависания . ^[7] а в подводных планерах для движения вперед используется положительная или отрицательная плавучесть.

В системе подводного плавания Avelo используется баллон под давлением с переменной плавучестью, который является одновременно основным баллоном с дыхательным газом акваланга и компенсатором плавучести , с насосом с питанием от перезаряжаемой батареи и блоком спускного клапана, который можно снять с баллона. ^[4]^[8]

Были рассмотрены системы переменной плавучести для контроля глубины привязанной турбины океанского течения, вырабатывающей электроэнергию . ^[9]

Тип системы переменной плавучести, наиболее подходящей для конкретного применения, зависит от требуемой точности управления, количества необходимых изменений и количества циклов изменения плавучести, необходимых во время развертывания. ^[10]

Типы систем переменной плавучести [ править ]

Использовалось несколько типов систем переменной плавучести, которые кратко описаны здесь. Некоторые из них основаны на относительно несжимаемом сосуде под давлением и практически стабильны при изменении гидростатического давления.

Танки плавучести/балласта под давлением окружающей среды (нестабильные при изменении глубины), такие как основные балластные цистерны на подводной лодке или надувной компенсатор плавучести водолаза . ^[6]^[4] Это не сосуды под давлением, так как их содержимое находится под давлением окружающей среды.

Весо-разгрузочная система переменной массы. Обычно это система, в которой балласт с более высокой плотностью, чем окружающая среда, сбрасывается, и после сброса балласт теряется. Система проста и подходит для транспортных средств, которым во время развертывания необходимо выполнить лишь очень ограниченное количество регулировок плавучести. Это распространенный метод достижения положительной плавучести в аварийной ситуации, поскольку здесь просто организовать отказоустойчивый механизм сброса. Возможна также аналогичная система для выпуска закрепленного материала низкой плотности. ^[10]^: 21 Это также не сосуды под давлением, поскольку гири или несжимаемые буи хранятся при атмосферном давлении.

Односторонняя резервуарно-заливная система переменной массы. Это просто пустой резервуар, который выдерживает внешнее рабочее давление и может быть частично или полностью затоплен с помощью регулирующего клапана. Резервуар можно снова слить на поверхности для последующих погружений, но не под давлением во время погружения. ^[10]^: 24

Система постоянной массы и переменного объема перекачиваемого масла. Этот метод потребляет больше энергии, но его можно повторять бесконечно, пока есть электричество, поскольку при нем не разряжаются расходные материалы. Насос объемного действия перекачивает масло, хранящееся в контейнере переменного объема внутри газонаполненного сосуда под давлением, во внешний контейнер переменного объема, несжимаемо увеличивая вытесняемый объем транспортного средства. Обратная передача может осуществляться за счет разницы давлений, контролируемой клапаном, или также с помощью насоса. ^[10]^: 24

- Маслонаполненная система постоянной массы и переменного объема с поршневым приводом. Это работает очень похоже на перекачиваемую масляную систему, но внутреннее хранилище находится в цилиндре с поршнем, который уменьшает или увеличивает его объем с помощью механического привода, обычно приводимого в действие электродвигателем. По сути поршень действует как насос. ^[10]^: 25

Система переменной плавучести с перекачиваемой водой. Окружающая вода перемещается в резервуар высокого давления и из него, чтобы изменить общую плотность резервуара и, следовательно, транспортного средства, компонентом которого она является. В одном направлении эта передача может быть возможна за счет разницы давлений, но по крайней мере в одном направлении ее необходимо перекачивать. Процесс повторяется, пока есть электричество, поскольку балласт извлекается из окружающей среды. ^[10]^: 22

Механизм [ править ]

Цистерна плавучести, находящаяся внутри прочного корпуса корабля, как и в подводной лодке, будет подвергаться внутреннему давлению корабля, поэтому внешние нагрузки давления на танк могут быть относительно низкими. В этом случае перекачка балластной воды в танк может не требовать перекачки, хотя объемный насос все равно может быть полезен для точного контроля объема подаваемой воды. Сброс балластной воды осуществляется против внешнего давления, которое зависит от глубины и обычно требует значительных усилий. ^[6]

Если резервуар плавучести непосредственно подвергается гидростатическому давлению окружающей среды, внешняя нагрузка из-за глубины может быть высокой, но если внутреннее давление газа достаточно велико, разница давлений будет ниже, и сосуд под давлением не будет подвергаться высоким нагрузкам. внешние сжимающие нагрузки, которые могут вызвать нестабильность устойчивости, что может позволить снизить вес конструкции. В крайнем случае внутреннее давление достаточно велико для быстрого выброса водяного балласта на максимальную рабочую глубину, как в случае со встроенным водолазным цилиндром Avelo и устройством контроля плавучести. Насос используется для перемещения окружающей воды в сосуд под давлением против внутреннего давления, сжимая газ дальше пропорционально уменьшению объема, поэтому весь внутренний объем не доступен для удержания балласта, поскольку, хотя объем газа уменьшится, всегда должен оставаться некоторый объем газа. Вода и воздух в сосуде высокого давления могут быть разделены мембраной или свободным поршнем, чтобы предотвратить откачивание воздуха в некоторых направлениях и предотвратить растворение воздуха в балластной воде под высоким давлением. ^[10]^[4]

См. также [ править ]

Автономный подводный аппарат - Беспилотный подводный аппарат с автономной системой наведения.
Балластная цистерна – отсек для хранения жидкого балласта.
Бентосный спускаемый аппарат – Платформа для измерений на морском дне.
Компенсатор плавучести (водолазный) - Оборудование для контроля плавучести водолаза.
Плавучий двигатель - устройство, которое изменяет плавучесть тела для обеспечения движения.
Погружаемый - небольшое судно, способное перемещаться под водой.
Подводный аппарат с дистанционным управлением - привязанное подводное мобильное устройство, управляемое удаленным экипажем.
Подводный планер - тип автономного подводного аппарата.
Движительная установка с переменной плавучестью - использование плавучего двигателя для обеспечения движения.

Ссылки [ править ]

^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Дженсен, Гарольд Франклин III (июнь 2009 г.). «2.2. Преимущества переменной плавучести» . Метрика системы переменной плавучести (Диссертация). Массачусетский технологический институт. стр. 19–20.
^ Ранганатан, Тиягараджан; Тондият, Асокан. Проектирование и анализ каскадных систем переменной плавучести для выборочного подводного развертывания (PDF) . Материалы 13-й Международной конференции по информатике в управлении, автоматизации и робототехнике (ICINCO 2016). Том. 2. SCITEPRESS – Публикации по науке и технологиям, Lda. стр. 319–326. дои : 10.5220/0005979903190326 . ISBN 978-989-758-198-4 .
^ Уоралл, Марк; Джеймисон, Эй Джей; Холфорд, А.; Нилсон, РД; Игрок, Майкл; Бэгли, Фил (июль 2007 г.). Система переменной плавучести для глубоководных аппаратов . ОКЕАНЫ 2007 - Европа. doi : 10.1109/OCEANSE.2007.4302317 – через Researchgate.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Технологии: решение Avelo» . сайт divavelo.com . Лаборатория Авело . Проверено 24 ноября 2021 г.
^ Мур, CS (август 1974 г.). «Неповрежденная стабильность: подводное равновесие: стабильность на глубине». В Комстоке, Джон П. (ред.). Принципы военно-морской архитектуры (пересмотренная ред.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров . стр. 111–112.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с «Подводная лодка типа флота онлайн: системы дифферента и слива подводных лодок. Навперс 16166» . сайт Maritime.org . Получено 1 января 2022 г. - через Ассоциацию морских национальных парков Сан-Франциско.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Тивари, Бридж Кишор; Шарма, Раджив (8 апреля 2020 г.). «Проектирование и анализ системы переменной плавучести для эффективного управления висением подводных аппаратов с регулятором обратной связи по состоянию» . Журнал морской науки и техники . 8 (4). MDPI: 263. doi : 10.3390/jmse8040263 .
^ «Новый танк позволяет аквалангистам отказаться от компенсатора плавучести» . Подводное плавание с аквалангом . ПАДИ Медиа. 22 ноября 2021 г.
^ Хасанхани, Арезу; ВанЦвитен, Джеймс; Тан, Юфэй; Данлэп, Брок; Де Луэра, Александра; Султан, Корнел; Ксирос, Николаос (июль 2021 г.). «Моделирование и численное моделирование турбины океанского течения, управляемой плавучестью» . Международный журнал морской энергетики . 4 (2): 47–58. дои : 10.36688/imej.4.47-58 . S2CID 238999433 .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Дженсен, Гарольд Франклин III (июнь 2009 г.). «3. Современные системы VB» . Метрика системы переменной плавучести (Диссертация). Массачусетский технологический институт. стр. 21–26.

[Jensen_2009a-1] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Дженсен, Гарольд Франклин III (июнь 2009 г.). «2.2. Преимущества переменной плавучести» . Метрика системы переменной плавучести (Диссертация). Массачусетский технологический институт. стр. 19–20.

[Ranganathan_and_Thondiyath_2016-2] Ранганатан, Тиягараджан; Тондият, Асокан. Проектирование и анализ каскадных систем переменной плавучести для выборочного подводного развертывания (PDF) . Материалы 13-й Международной конференции по информатике в управлении, автоматизации и робототехнике (ICINCO 2016). Том. 2. SCITEPRESS – Публикации по науке и технологиям, Lda. стр. 319–326. дои : 10.5220/0005979903190326 . ISBN 978-989-758-198-4 .

[Worall_et_al_2007-3] Уоралл, Марк; Джеймисон, Эй Джей; Холфорд, А.; Нилсон, РД; Игрок, Майкл; Бэгли, Фил (июль 2007 г.). Система переменной плавучести для глубоководных аппаратов . ОКЕАНЫ 2007 - Европа. doi : 10.1109/OCEANSE.2007.4302317 – через Researchgate.

[Avelo_2021-4] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Технологии: решение Avelo» . сайт divavelo.com . Лаборатория Авело . Проверено 24 ноября 2021 г.

[Comstock_1974-5] Мур, CS (август 1974 г.). «Неповрежденная стабильность: подводное равновесие: стабильность на глубине». В Комстоке, Джон П. (ред.). Принципы военно-морской архитектуры (пересмотренная ред.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров . стр. 111–112.

[Navpers_16166-6] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с «Подводная лодка типа флота онлайн: системы дифферента и слива подводных лодок. Навперс 16166» . сайт Maritime.org . Получено 1 января 2022 г. - через Ассоциацию морских национальных парков Сан-Франциско.

[Tiwari_and_Sharma_2020-7] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Тивари, Бридж Кишор; Шарма, Раджив (8 апреля 2020 г.). «Проектирование и анализ системы переменной плавучести для эффективного управления висением подводных аппаратов с регулятором обратной связи по состоянию» . Журнал морской науки и техники . 8 (4). MDPI: 263. doi : 10.3390/jmse8040263 .

[Scuba_Diving_2021-8] «Новый танк позволяет аквалангистам отказаться от компенсатора плавучести» . Подводное плавание с аквалангом . ПАДИ Медиа. 22 ноября 2021 г.

[Hasankhani_et_al_2021-9] Хасанхани, Арезу; ВанЦвитен, Джеймс; Тан, Юфэй; Данлэп, Брок; Де Луэра, Александра; Султан, Корнел; Ксирос, Николаос (июль 2021 г.). «Моделирование и численное моделирование турбины океанского течения, управляемой плавучестью» . Международный журнал морской энергетики . 4 (2): 47–58. дои : 10.36688/imej.4.47-58 . S2CID 238999433 .

[Jensen_2009b-10] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Дженсен, Гарольд Франклин III (июнь 2009 г.). «3. Современные системы VB» . Метрика системы переменной плавучести (Диссертация). Массачусетский технологический институт. стр. 21–26.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]