устройство приоткрывания крышки входного люка

Формула изобретения

1. Устройство приоткрывания крышки входного люка подводного технического средства, содержащее поворотный элемент, установленный посредством шарниров на комингсе крышки и сопряженный посредством зажимов с парными кронштейнами, закрепленными на крышке, отличающееся тем, что поворотный элемент выполнен в виде цилиндрического корпуса со сквозной крышкой под установленный в нем герметично подвижный шток с приводом, выполненным в виде сильфона из материала с эффектом памяти формы, соединенного с одной стороны с днищем упомянутого цилиндрического корпуса, а с другой стороны - с основанием штока, который снаружи шарнирно соединен с упомянутыми зажимами, при этом цилиндрический корпус заполнен теплопередающей средой, а в его днище установлены нагревательные элементы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота сильфона выбрана такой, что величина приращения ее при нагревании не менее величины высоты контактной поверхности крышки и комингса.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрический корпус, а также соединения сильфона со штоком и с днищем выполнены с обеспечением теплоизоляции.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешнем конце штока выполнена шаровая головка.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что шарнирное соединение штока с зажимами выполнено через траверсу, охватывающую шаровую головку штока и состоящую из двух соединенных симметричных полумуфт с резьбовыми пальцами, на которых установлены упомянутые зажимы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в днище установлены по крайней мере два нагревательных элемента с возможностью питания их от различных внешних источников постоянного и переменного тока.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цилиндрическом корпусе выполнены отверстия с заглушками для заполнения его теплопередающей жидкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, в частности к устройствам для приоткрывания крышки входного люка подводного технического средства (ПТС) при наличии противодавления или для предотвращения отбрасывания крышки при избыточном давлении в объеме под крышкой с целью выравнивания давления по обеим сторонам крышки для обеспечения ее безопасного открывания, что особенно актуально при проведении аварийно-спасательных работ для проникновения внутрь ПТС, терпящего бедствие, а также может быть использовано и в других устройствах для приоткрывания крышек.

Известно устройство приоткрывания крышки (УПК), установленное на крышке по черт. 263-67.2156 (ДЕИА.364135.049) (см. Альбом разрешенных к применению крышек и дверей круглых сферических, 035-67.007, РН-80, разработчик ПО "Севмашпредприятие", 1986 г., лист 97-98.

Это устройство содержит подпружиненный рычаг, установленный на крышке снаружи посредством оси вращения, а в комингсе крышки - буртик. На рычаге имеется зацеп, взаимодействующий с буртиком комингса, кроме того, на противоположном от зацепа конце рычага выполнена рукоятка для отвода его вручную при открывании крышки. Снаружи крышки имеется маховик, соединенный с механизмом задраивания крышки, установленным с внутренней стороны крышки.

Описанное устройство применяется только при наличии внутреннего давления на крышку в пределах 0,03...0,05 МПа (0,3...0,5 кгс/см ²) и не может быть применено на крышке при увеличении внутреннего давления до величин 0,1...0,2 МПа (1...2 кгс/см ²), так как оператору-спасателю не хватит сил для отвода рукоятки рычага с зацепом от буртика и для поворота маховика привода задраивания, что снижает эффективность спасательных работ.

Известно устройство приоткрывания крышки входного люка, установленной на комингсе /пат. №2083429, приоритет от 10.07.1997 г., RU/. Это устройство содержит поворотный элемент, который установлен шарнирно на комингсе крышки с возможностью взаимодействия с пазами кронштейнов, попарно установленных на крышке и комингс-площадке. Поворотный элемент выполнен в виде штыря с резьбой под гайку-шарнир, зафиксированную в корпусе, с резьбовыми цапфами и установленными на них зажимами для фиксации штыря в пазах кронштейнов крышки и комингс-площадки, причем в верхней части штырь выполнен с квадратной головкой под ключ, а снизу он шарнирно закреплен на комингсе крышки.

Устройство по пат. №2083429 является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.

Устройство приоткрывания крышки входного люка, установленной на комингсе /пат. 2083429/, предназначено для крышек, в которых привод задраивания и его маховик находятся внутри корпуса ПТС, а УПК - снаружи корпуса ПТС /см., в частности, черт. 263-67.2397 (ДЕИА.364135.078), Альбом разрешенных к применению крышек..., 035-67.007 по РН-80, 1986 г., лист 103-104, разработчик ПО "Севмашпредприятие"/. Входной люк ПТС размещен снаружи корпуса и находится внутри комингс-площадки. Комингс-площадка предназначена для стыковки ПТС с аварийно-спасательным средством (АСС), с помощью которого возможно спасение личного состава ПТС в аварийной ситуации.

Привод задраивания имеет слабое звено - разрывной штифт диаметром 6 мм, который удерживает крышку до повышения давления внутри помещения до величины 0,05 МПа (0,5 кгс/см²). В случае повышения давления до 0,1...0,2 МПа (1...2 кгс/см²) во избежание разрыва слабого звена на крышке снизу и на комингсе внутри помещения ПТС установлены обуха, к которым прикреплена тяга в виде талрепа. Для того чтобы приоткрыть крышку люка необходимо создать такой крутящий момент на поворотном элементе устройства приоткрывания крышки, который способен разорвать слабое звено привода задраивания - штифт и тягу, удерживающую крышку, что потребует дополнительных усилий оператора-спасателя и времени, необходимого для проникновения внутрь ПТС оператора-спасателя и проведения спасательных работ. Для приведения в действие известного устройства приоткрывания крышки входного люка /пат. №2083429/ необходимо, как отмечалось выше, разорвать штифт задраивающего устройства и тягу, для чего оператору-спасателю необходимо найти ключ в условиях затемненного пространства комингс-площадки, установить его на головку поворотного элемента и вращать его с большим усилием до разрыва штифта и тяги, что потребует немалых усилий и времени.

Недостатком известного устройства являются ограниченные эксплуатационные характеристики, обусловленные большими трудозатратами и длительностью операции по приоткрыванию крышки входного люка для дальнейшего ее открывания и проникновения внутрь ПТС.

Задача настоящего изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик за счет повышения оперативности и снижении трудозатрат, необходимых при открывании крышки входного люка ПТС для проникновения в него, а следовательно, и при проведении аварийно-спасательной операции в целом.

Задача решена тем, что в известном устройстве приоткрывания крышки входного люка, содержащем поворотный элемент, установленный шарнирно на комингсе крышки и сопряженный посредством зажимов с парными кронштейнами, закрепленными на крышке, согласно изобретению поворотный элемент выполнен в виде цилиндрического корпуса со сквозной крышкой под установленный в нем герметично подвижный шток с приводом, который выполнен в виде сильфона из материала с эффектом памяти формы, соединенного с одной стороны с дном цилиндрического корпуса, а с другой стороны с основанием штока, который снаружи шарнирно соединен с упомянутыми зажимами, при этом цилиндрический корпус заполнен теплопередающей средой, а в его днище установлены нагревательные элементы.

Кроме того, высота сильфона выбрана такой, что величина приращения ее при нагревании не менее величины высоты контактной поверхности крышки с комингсом.

Кроме того, цилиндрический корпус, а также соединения сильфона со штоком и с дном выполнены с обеспечением теплоизоляции.

Кроме того, на внешнем конце штока выполнена шаровая головка.

Кроме того, шарнирное соединение штока с зажимами выполнено через траверсу, охватывающую шаровую головку штока и состоящую из двух соединенных симметричных частей с резьбовыми пальцами, на которых установлены упомянутые зажимы.

Кроме того, в дне цилиндрического корпуса установлены по крайней мере два нагревательных элемента с возможностью питания их от различных внешних источников постоянного и переменного тока.

Кроме того, в цилиндрическом корпусе выполнены отверстия с заглушками для заполнения его теплопередающей жидкостью.

За счет выполнения поворотного элемента в виде цилиндрического корпуса с крышкой и установленным в ней штоком с приводом, выполненным в виде нагреваемого сильфона из материала с эффектом памяти формы, упирающегося в дно корпуса и соединенного со штоком, который снаружи шарнирно соединен с зажимами, сопряженными с кронштейнами крышки, оператору-спасателю достаточно перевести поворотный элемент из положения "по-походному" в рабочее положение, при котором он сопряжен посредством зажимов с кронштейнами, установленными на крышке, и подключить к источнику электропитания нагревательный элемент поворотного устройства, при этом не потребуются затраты сил, энергии и времени для поиска и установки ключа на головку поворотного устройства, а главное - для вращения его с большим усилием для разрыва тяги и разрывного штифта с целью приоткрывания крышки как это делалось в устройстве-аналоге.

Подбор заданной высоты сильфона служит надежности, безотказности работы устройства.

Обеспечение теплоизоляции корпуса и соединений сильфона со штоком и дном корпуса исключает влияние внешней среды и потери тепловой энергии, что также служит надежности работы устройства.

Выполнение шарнирных соединений поворотного устройства с комингсом и штока с зажимами служит обеспечению удобного, оперативного контакта поворотного устройства с кронштейнами, что облегчает эксплуатацию устройства.

Установка в дне корпуса по крайней мере двух нагревательных элементов, которые могут быть задействованы от внешних источников постоянного либо переменного тока, повышает надежность работы устройства, страхуя его работу в различных ситуациях.

Таким образом, предлагаемая конструкция УПК входного люка позволяет повысить его эксплуатационные характеристики за счет обеспечения удобства, оперативности, надежности и снижения трудозатрат, что весьма актуально при проведении аварийно-спасательных работ.

Устройство представлено чертежами.

На фиг.1 изображен продольный разрез по комингс-площадкам состыкованных ПТС и АСС с устройством приоткрывания крышки входного люка ПТС.

На фиг.2 изображен вид сверху на крышку входного люка ПТС с устройством ее приоткрывания.

На фиг.3 изображен вид снизу на крышку входного люка с тягой.

На фиг.4 изображен разрез А-А по поворотному элементу с фиг.1.

На фиг.5 изображен разрез Б-Б по приводу задраивания крышки входного люка с фиг.1.

На фиг.6 изображен разрез В-В по траверсе с фиг.4.

На фиг.7 изображен разрез Г-Г крепления разъема траверсы с фиг.6.

Устройство приоткрывания крышки 1 (см. фиг.1) входного люка, установленной на комингсе 2 ПТС, находится в пределах комингс-площадки 3, имеющей опорное кольцо 4. К комингс-площадке 3 пристыковано аварийно-спасательное средство (АСС) своей комингс-площадкой 5. Устройство приоткрывания крышки (УПК) входного люка ПТС содержит две пары кронштейнов 6 и 7 с пазами на свободных концах, кронштейны 6 установлены на крышке 1 (см. фиг.2), кронштейны 7 установлены на внутренней стенке комингс-площадки 3. Крышка 1 снабжена парой рычагов 8, закрепленных шарнирно на ее полотне и на торсионной оси 9, установленной на корпусе ПТС для открывания входного отверстия в комингсе 2 при помощи рукоятки 10.

УПК включает поворотный элемент 11, установленный шарнирно на комингсе 2 посредством обуха 12. Кронштейны 6 выполнены с ребрами 13 для увеличения жесткости и прочности. Поворотный элемент 11 (см. фиг.4) выполнен в виде цилиндрического корпуса (в дальнейшем - корпуса) 14 с крышкой 15, прикрепленной к корпусу 14 посредством крепежа (болтов, гаек). В центре крышки 15 выполнено сквозное отверстие для прохода штока 16, имеющее герметичное уплотнение 17, например манжетное. На внешнем конце штока 16 выполнена шаровая головка 18, которая шарнирно контактирует с траверсой, состоящей из двух одинаковых частей, имеющих полумуфты 19 и приваренные к ним резьбовые пальцы 20 с посадочными шейками 21. На резьбовых пальцах 20 установлены зажимы 22 со шплинтами 23 в виде скоб, например, из проволоки по ГОСТ 27265-87. Зажимы 22 имеют на концах цилиндрическую проточку 24 для облегчения их установки в пазы кронштейнов 6 и 7. Полумуфты 19 (см. фиг.6, 7) соединены между собой с помощью крепежа: болтов 25, шайб 26, гаек 27 (см. фиг.7).

Основание штока 16, находящегося в корпусе 14 и выполненного в виде диска 28, контактирует с приводом, выполненным в виде сильфона 29, через теплоизолирующую прокладку 30. Сильфон 29 другим концом опирается через теплоизолирующую прокладку 31 в дно корпуса 14. В дне корпуса 14 выполнены герметичные отверстия 32 для установки в них нагревательного элемента 33, выполненного, например, в виде ТЭН по ГОСТ 19108-81Е, предназначенного для нагревания сильфона 29 до температуры 50...80°С. Для этого нагревательный элемент 33 соединен с внешним источником электроэнергии, электроблоком, находящимся на АСС. В корпусе 14 выполнены отверстия 34 для заполнения его теплопередающей средой 35, например негорючей и нетоксичной жидкостью ПГВ по ГОСТ 25821-83, посредством которой нагревается сильфон 29. Отверстия 34 герметично закрыты пробками 36. Снаружи корпус 14 имеет теплоизолирующую оболочку 37, например, выполненную из сферопластика марки ЭДС-5АС по ТУ 5.966-21114-85, обладающего положительной плавучестью, прочностью, имеющего пористую структуру для защиты сильфона 29 от температурного влияния внешней среды.

При варианте аварийного спасения личного состава ПТС водолазом-спасателем без стыковки ПТС с АСС на комингс-площадке 3 в дне корпуса 14 дополнительно установлен нагревательный элемент 38, например, для подачи электрического тока напряжением в 6 В от карманной электробатареи по ГОСТ 24721-88, находящейся у водолаза-спасателя. Нагревательный элемент 38 герметично установлен в отверстиях 39, выполненных в дне корпуса 14 рядом с нагревательным элементом 33, параллельно ему (см. фиг.4).

Нагревательные элементы 33 и 38 выполнены в виде подковы и находятся внутри корпуса 14 в теплопередающей среде 35. Торцы нагревательных элементов 33 и 38 выведены наружу за пределы корпуса 14 через его дно и имеют отводы в виде электропроводов: 40 для нагревательного элемента 33 и 41, для нагревательного элемента 38. Электропровода 40 и 41 (см. фиг.1) закреплены на внутренней стенке комингс-площадки 3 и заканчиваются под опорным кольцом 4, где соединены с электророзеткой 42, например, на напряжение в 220 В и с электророзеткой 43, например, на напряжение в 6 В. Электророзетка 42 служит для подачи электроэнергии от электроблока АСС (не показан), а электророзетка 43 - для подачи электроэнергии от батареи водолаза-спасателя в 6 В.

Цилиндр 14 снаружи основания имеет вилку 44, которая посредством оси 45 и втулки 46 шарнирно соединена с обухом 12, неподвижно установленным на комингсе 2 ПТС.

Сильфон 29 выполнен из листового проката материала, обладающего эффектом памяти формы (см. статью "Эффект памяти формы при мартенситных превращениях в титане Ni-Ti-Cu" под редакцией В.Н. Токарева, А.Е. Саввинова, В.Н. Хачина в журнале "Физика металлов и металловедение", М., Наука, 1983 г., том 56, вып.2, стр. 340...343, а также см. книгу "Сплавы с эффектом памяти формы" под ред. докт. физ.-мат. наук А.М. Глезера, авторов К. Ооцука, К. Симидзу и др., М., Металлургия, 1990 г., стр.58), например нитинола, обладающего повышенной деформацией до 16% при своем формоизменении.

Сильфон 29, выполненный из такого материала, при обычной температуре (до 20°С) имеет высоту L, а при нагревании его до температуры 50...80°С имеет возможность увеличивать ее до величины L₁. Высота L сильфона 31 выбрана такой, что ее приращение L=L ₁-L при нагревании составляет величину не менее величины высоты контактной поверхности крышки 1 и комингса 2.

На нижней сферической поверхности полотна крышки 1 установлен неподвижно обух 47 (см. фиг.1 и 3), к которому прикреплена с помощью оси верхняя вилка 48 тяги 49, а на комингсе 2 неподвижно установлен обух 50 для крепления к нему с помощью оси нижней вилки 51 тяги 49. Тяга 49 представляет собой обычный талреп, на корпусе которого имеется подвижная рукоятка 52 для удобства создания путем ее вращения натяжения или растяжения тяги 49 посредством резьбы, имеющейся как внутри корпуса тяги 49, так и на ее вилках.

Тяга 49 служит для удержания крышки 1 в исходном положении при увеличении давления внутри помещения ПТС до величины в 0,2 МПа (2 кгс/см²), например при возникновении пожара внутри ПТС. Тяга 49 может быть разорвана при аварийной ситуации для обеспечения проникновения оператора-спасателя внутрь помещения ПТС при помощи усилия, создаваемого поворотным элементом 11.

Крышка 1 имеет привод задраивания 53 (см. фиг.1 и 3) для задраивания ее личным составом ПТС перед погружением ПТС, для чего в комингсе 2 выполнены пазы 54, а привод задраивания 53 имеет траверсу 55 с поворотными упорами 56, взаимодействующими с пазами 54. Полотно крышки 1 (см. фиг.1 и 5) соединено с приводом задраивания 53 через палец 57 посредством штифта 58 диаметром 6 мм, который может быть перерезан при помощи усилия, создаваемого поворотным элементом 11 с целью приоткрывания крышки 1, выравнивания давления, а затем и открывания ее для обеспечения проникновения оператора-спатателя внутрь помещения ПТС в аварийной ситуации.

В обычной ситуации крышка 1 задраена, поворотный элемент 11 находится в положении "по-походному", зажимы 22 фиксируют его в кронштейнах 7, закрепленных на комингс-площадке 3.

Устройство приоткрывания крышки входного люка работает следующим образом.

В случае возникновения аварийной ситуации на ПТС к его комингс-площадке 3 (см. фиг.1) стыкуется АСС своим комингсом 5 и из объема комингс-площадки 3 ПТС откачивают забортную воду. Далее оператор-спасатель из АСС опускается внутрь комингс-площадки 3 и переводит вручную поворотный элемент 11 из положения "по-походному" в рабочее. Для этого с помощью зажимов 22 отводят поворотный элемент 11 из пазов кронштейнов 7, заводят его в пазы кронштейнов 6 и фиксируют поджатием зажимов 22. Далее устанавливают вилку с электропроводом от стационарного энергоблока АСС (на чертеже не показан) в электророзетку 42 для подачи электрического тока напряжением 220 В по электропроводам 40 к нагревательному элементу 33, который нагревается и нагревает теплопередающую среду 35 до температуры 50...80°С.

Теплопередающая среда 35 нагревает сильфон 29 (см. фиг.4), имеющий высоту L, до температуры 50...80°С. При этом в кристаллической решетке сплава (например, с содержанием титана-50%, никеля-39%, меди-10%, железа-1%), из которого выполнен сильфон 29, происходит формоизменение и он, распрямляясь, удлиняется, его высота увеличивается до величины L₁. При этом в кристаллической решетке сплава возникает напряжение до величины =500...700 МПа (см. книгу под ред. А.С. Тихонова, А.П. Герасимова, И.И. Прохоровой "Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении", М., Машиностроение, 1981 г., стр.28), а на оси штока 16 возникает сила, способная разрушить штифт 58 и тягу 49 одновременно в их наименьших сечениях. Усилие от сильфона 29 через шток 16, его головку 18 передается полумуфтам 19 траверсы, зажимам 24 (см. фиг.1 и фиг.4) и далее кронштейнам 6, установленным на крышке 1. Крышка 1 под действием усилия от сильфона 29 начинает движение вверх, вокруг торсионной оси 9, по пути разрывая штифт 58 и тягу 49. Так как высота L сильфона 29 выбрана такой, что при его нагревании приращение L высоты не менее величины высоты контактной поверхности крышки 1 и комингса 2, т.е. достаточно для выхода крышки 1 из контакта с комингсом 2, то между крышкой 1 и комингсом 2 образуется щель, через которую избыток газов из помещения ПТС (например, образующихся при пожаре) стравливается наружу в объем комингс-площадки 3 до момента выравнивания давления снаружи крышки 1 и внутри помещения ПТС, после чего можно открыть крышку 1.

При варианте подачи электрического тока напряжением 6 В от электробатареи по ГОСТ 24721-88 (на чертеже не показана) водолаз-спасатель подключает электропитание в электророзетку 43 (см. фиг.1) и по электропроводам 41 электрический ток поступает к нагревательному элементу 38 (см. фиг.4), который нагревает теплопередающую среду 35. Далее процесс нагревания сильфона 29 от теплопередающей среды 35 и работа устройства происходит аналогично описанному выше.

После разрыва штифта 58 и тяги 4951 переводят поворотный элемент 11 из рабочего положения в положение "по-походному". Для этого зажимы 22 отжимают от кронштейнов 6 и поворотный элемент 11 переводят к пазам кронштейнов 7, где его фиксируют в положении "по-походному" зажимами 22. Далее выводят вилку подачи электроэнергии из гнезда электророзетки 42 или 43, в результате чего к нагревательному элементу 33 или 38 прекращается подача электроэнергии. Происходит охлаждение нагревательного элемента 33 или 38, теплопередающей среды 35 и сильфона 29 до температуры ниже 50°С, в результате чего он "вспоминает" первоначальную форму в виде сильфона с высотой L.

Одновременно в надводном положении крышку 1 из положения "закрыто" при помощи рукоятки 10 переводят в положение "открыто" для проникновения водолаза-спасателя в помещение ПТС и продолжения спасательной операции.

Предлагаемое устройство приоткрывания крышки входного люка с поворотным элементом, выполненным в виде цилиндрического корпуса, заполненного теплопередающей жидкостью, содержащего сопряженный с кронштейнами крышки шток с приводом, выполненным в виде сильфона из материала, обладающего эффектом памяти формы, и нагревательные элементы, позволяет сэкономить время и трудозатраты при проведении спасательной операции, так как для приведения устройства в действие оператору-спасателю достаточно перевести поворотный элемент из положения "по-походному" в рабочее положение, соединив его с кронштейнами крышки, и подключить к источнику электропитания нагревательный элемент, при этом не потребуются затраты сил, энергии и времени для поиска и установки ключа на головку поворотного устройства, а главное - для приложения большого усилия для вращения ключа, необходимого для разрыва тяги и разрывного штифта с целью приоткрывания крышки.