Устройство для исследования донных осадков

 

Изобретение относится к устройствам для определения механических свойств донных осадков. Целью изобретения является повышение производительности исследования донных осадков и надежности работы устройства при максимальном гидростатическом давлении. Устройство содержит полый корпус, упругий элемент в виде тонкостенного стакана с цельным наконечником в виде полусферы в его нижней части и тензодатчиками, размещенными на его внутренней поверхности. Стакан установлен относительно корпуса с зазором, сообщающимся с его полостью. Полости заполнены диэлектрической жидкостью. Корпус соединен со стаканом посредством муфты, имеет в своей нижней части пригруз, а в верхней-поршень, герметично соединенный с разъемом кабеля связи. Полость поршня заполнена вулканизированной резиной и сверху закрыта шайбой, закрепленной на поршне резьбовым соединением и жестко соединенной с трубкой, внутри которой пропущен кабель связи. Сверху на корпусе установлена крышка с центральным отверстием, соединенная резьбой с муфтой. В крышке установлен кольцевой фильтр из пористого материала, пробка с резьбой и отверстием для трубки с кабелем связи, а также два рым-болта для подвески устройства на цепи к подводному буксируемому аппарату. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНих

СОЩМЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН с5у 4 E 02 D 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHpbfTHRM

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4296239/31-33 (22) 17.08.87 (46) 30.09.89. Вюл. Р 36 (71) Киевский инженерно-строительный институт и Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана (72) N.Ê.Ñóêà÷, В.И.Артеменко, В.Г.Моисеенко, В.А.Кулындьппев, М,А.Гоц и В.H.Êåøèøåâ (53) 624.131.381 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1247463, кл. Е 02 D i/00, 1984

Авторское свидетельство СССР

В 1161653, кл. E 02 D 1/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОНHbIX ОСАДКОВ (57) Изобретение относится к устройствам для определения механических свойств донных осадков. Целью изобре- тения является повышение производительности исследования донных осадков и надежности работЫ устройства при максимальном гидростатическом давлении. Устройство содержит полый корИзобретение относится к устройствам для определения механических свойств донных осадков и отложений.

Целью изобретения является повышение производительности исследования донных осадков и надежности работы устройства при максимальном гидростатическом давлении.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 — развертка внут,Л0„„1511 4 А1

2 пус, упругий элемент в виде тонкостенного стакана с пельным наконечником в виде полусферы в его нижней части и тензодатчиками, размещенными на его внутренней поверхности. Стакан установлен относительно корпуса с зазором, сообщающимся с его полостью.

Полости заполнены диэлектрической жидкостью. Корпус соединен со стаканом посредством муфты, имеет в своей нижней части пригруз, а в верхней— поршень, герметично соединенный с разъемом кабеля связи. Полость поршня заполнена вулканизированной резиной и сверху закрыта шайбой, закрепленной на поршне реэьбовым соединением и жестко соединенной с трубкой, внутри которой пропущен кабель связи.

Сверху на корпусе установлена крышка с центральным отверстием, соединенная резьбой с муфтой. В крышке установлен кольцевой фильтр из пористого материала, пробка с резьбой и отверстием для трубки с кабелем связи, а также два рым-болта для подвески устройства на цепи к подводному буксируемому аппарату. 3 ил. ренней поверхности стакана с тензодатчиками; на фиг.3 — расчетная схема работы устройства.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1, упругий элемент 2 в виде тонкостенного стакана, на внутренней поверхности которого установлены тензодатчики 3. Стакан в нижней части соединен резьбой с цельным наконечником 4, вьптолненным в виде полуразом.

3 151133 сферы, а в верхней — посредством муфты 5, имеющей левую и правую резьбы, с корпусом 1, В корпусе 1 выполнен паз 6 под шпонку, кс пьцевая проточка

7, отверстия 8 и резвба в его нижней части для присоединения свинцового .пригруза 9 с помощью переходного кольца 10. !

Внутри корпуса 1 установлен поршень 11, совмещенный с герметичным разъемом 12 кабеля связи. Поршень имеет центральное отверстие, кольцевые пазы для уплотнительных колец 13, внутреннюю полость, заполненную вулканизированной резиной 14 и закрытую шайбой 15, установленной на резьбе в его верхней части и жестко соединенной с трубкой 16, внутри которой пропущен кабель связи 17. Крышка 18, ус- 20 тановленная на корпусе 1 и соединенная резьбой. с муфтой 5, фиксирует верхнее положение поршня 11 и одно— временно служит контрирующим элементом узла (1,2,5) устройства, В крышке 18, имеющей центральное отверстие, . установлен кольцевой фильтр 19 из пористого материала, пробка 20 с резьбой и отверстием для трубки 16, а также два рым-болта 21 для подвески 30 устройства на цепи 22 к подводному буксируемому аппарату. Между корпусом 1 и стаканом с наконечником 4 имеются конструктивные зазоры, равные предельным вертикальной и радиальной деформациям упругого элемента 2.

Внутренняя полость устройства заполнена диэлектрической неагрессивной жидкостью 23. Тензодатчики 3 включены в четыре моста, ортогонально размещенные на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента 2.

Устройство работает следующим обСборку устройства производят последовательно снизу вверх: стакан соединяют с наконечником 4, в корпус

1 устанавливают пригруз 9, вводят рпус 1 в стакан, фиксируют их вза- 50 имное положение шпонкой, в отверстия

8 пропускают провода от тенэодатчиков 3 к разъему кабеля связи, установленному внутри поршня 11. Далее заливают диэлектрическую жидкость

23, которая заполняет все полости, вытесняя из них воздух., Соединяют муфтой 5 стакан с корпусом 1, в который затем вводят поршень 11 с разь4 4 емом 12 и фиксируют его верхнее положение в корпусе крышкой 18, пропустив предварительно в ее отверстие трубку кабеля связи. Кольцевой фильтр

19 закрепляют в крышке 18 пробкой 20, в отверстие которой может свободно перемещаться трубка кабеля связи 17.

В собранном виде устройство совместно с буксируемым аппаратом погружают на исследуемом участке до соприкосновения наконечника с донным грунтом. По мере погружения наружная вода под действием гидростатического давления дросселирует через фильтр

19 в полость над поршнем 11, который, перемещаясь в корпус 1, сжимает диэлектрическую жидкость 23, выравнивая давление внутри устройства. и снаружи. Длину гибкой подвески устройства к буксируемому подводному аппарату регулируют таким образом, чтобы наконечник периодически взаимодействовал с донным грунтом, внедряясь в него под действием собственной силы тяжести устройства. При этом упругий элемент 2 воспринимает усилие отпора донных осадков и отложений внедрению наконечника 4, преобразуя деформации усилия в сигналы, которые в функции времени поступают по кабелю связи в схему усиления и аналого-цифрового преобразования на буксируемом подводном аппарате с последующей передачей их по кабелю связи на бортовую ЭВМ для дальнейшей обработки.

При подьеме устройства на поверхность по мере уменьшения гидростатического давления поршень 11 возвращается в исходное положение под действием избыточного давления диэлектрической жидкости 23 внутри устройства, выравнивая его до атмосферного.

Возможные отклонения устройства от вертикали к поверхности донного грунта вследствие воздействия гидродинамических сил на устройство при движении судна, а также от изменения рельефа дна фиксируют с помощью тензометрической схемы, включающей по меньшей мере четыре тензомоста, параллельно запитанных от стабилизированного источника постоянного тока.

После усиления напряжений (токов) тензомостов, пропорциональных деформациям стенок упругого элемента 2, попарно сравнивают максимальные амплитуды напряжений (токов) разбалансов тензомостов, размещенных на ди1511334 аметрально противоположных сторонах стакана. Выделяют наибольшую разность, амплитуд, например ЬП=П, -U, что соответствует в масштабе Т=Т„-Т . Благодаря инвариантности сферической поверхности наконечника для малых углов наклона в начальный момент внедрения устройства в грунт допускается, что контакт происходит по осевой линии устройства, тогда

Т1 +13

Т

2 где Т вЂ” усилие в наиболее нагружен1 ной стенке упругого элемента

Т вЂ” то же, в наименее нагруженной стенке;

Т и

Т вЂ” промежуточные значения усиФ лий;

Т вЂ” результирующее осевое усилие грунта на наконечник устройства.

Уравнения моментов, действующих на устройство сил в плоскости мостов 1

d и 3 М -ИЬ, М, — (Т Т ), в плоскос

d ти мостов 2 и 4 М =ЦЬ; М = -(Т-Т ) „ где N — усилие, отклоняющее устройство в плоскости мостов 1 и 3, нормальное к оси вращения устройства; то же; в плоскости мостов 2 и 4; d— диаметр упругого элемента устройства;

h — - высота центра тяжести устройства от точки касания наконечника с грунтом.

Из равенства моментов 1N=M и — находят

d d и = †(т -т ) q = †(т -т ).

2h 2h

Результирующее усилие, отклоняющее устройство от вертикали:

S =

2h

Нормальное усилие отпора грунта внедрению наконечника устройства

P = Т + S

S при этом tg = — и угол внедрения т устройства в ."рунт: т Х

5 а (т -Т2) +(ТХ-Т4) (т +т )

1+ З

Измеряя усилие отпора грунта в

1С функции времени P(t) по известным зависимостям, находят ускорение торможения жесткого индентора в грунте.

Последовательно интегрируя по времени сигнал ускорения индентора, находят мгновенные значения скорости и глубины внедрения устройства в грунт. По мгновенной поверхности контакта полусферического наконечника определяют мгновенные значения напряжений на площади контакта, эф. фективных динамических модулей и коэффициента компрессионной вязкости грунта и по ним судят о физико-механических свойствах донных осадков

25 и отложений.

Формула изобретения

Устройство для исследования донных осадков, включающее полый корпус с наконечником, заполненный диэлектрической жидкостью, упругий элемент в виде тонкостенного стакана с тензодатчиками, установленный с зазором относительно корпуса, сообщающимся

35 с его полостью, и кабель связи, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности исследования донных осадков и надежности работы устройства при максимальном гидростатическом давлении, стакан устройства снабжен цельным наконечником в виде полусферы, корпус снабжен крышкой с кольцевым фильтром, поршнем, герметично соединенным с разъемом кабеля связи, и пригрузом, при этом стакан соединен с корпусом посредством муфты, пригруэ размещен в нижней части корпуса, а тензодатчики размещены по крайней мере в четырех точках на диаметрально противоположных сторонах стакана, образуя в каждой точке полный тензометрический мост.

1511334 э .г

Составитель Н.Евстигнеев

Техред А.Кравчук Корректор Т Палий

Редактор О.Спесивых

Заказ 5868/31 Тираж 589 Подписное

В13ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101