Дрейфующая станция

Изобретение относится к полярным станциям, приспособленным для длительного дрейфа в водной среде с ледовым покровом. Дрейфующая станция содержит цилиндрический корпус, включающий трансформируемый бытовой отсек с куполообразной крышей, расположенный над верхней поверхностью льда, балластную емкость, расположенную в подледной части корпуса станции. Между бытовым отсеком и балластной емкостью, в средней части корпуса станции, расположены биоэнергетическое устройство и кольцо жесткости, выполненное из взаимосвязанных реакторов, заполненных водой. Отсеки станции связаны между собой лифтовой шахтой. Технический результат заключается в создании обитаемой исследовательской станции, способной длительное время функционировать в автономном режиме, обеспечивая себя энергией, продуктами питания и питьевой водой. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к возведению полярных дрейфующих станций в водной среде с ледовым покровом.

Как известно, значительные усилия исследователей Арктики уходят на обустройство исследовательских станций и обеспечение их сохранности в сложных природно-климатических и ледовых условиях.

Целью изобретения является создание обитаемой исследовательской станции, которая способна продолжительное время функционировать в автономном режиме и обеспечивать себя энергией, продуктами питания, в том числе свежими овощами, и питьевой водой, при этом исключающей загрязнение окружающей среды.

Наиболее близким техническим решением к заявленному предложению является дрейфующая станция цилиндрической формы, закрепленная на ледяном покрове, с горизонтальными этажами и шахтой для сообщения между ними [1].

Недостатком аналога является то, что конструкция этой станции не учитывает возможных периодических корректировок исследовательской программы, вследствие которых может изменяться тематика, численность персонала и оборудование станции, а в соответствии с этим и отапливаемый объем бытовых помещений. Кроме того, в качестве источника электрической энергии в аналоге использован дизельный привод, а это может привести к загрязнению нефтепродуктами окружающей среды и к искажению результатов натурных наблюдений.

В то же время известно предложение по возведению многоэтажного сооружения для районов с суровым климатом, в котором обеспечивается периодическая трансформация [2]. Однако это сооружение не приспособлено для полярных условий.

Известны предложения по использованию экологически чистых биоэнергетических устройств, которые могут обеспечивать полярную станцию не только энергией, но и свежими овощами [3].

Предлагается дрейфующая обитаемая полярная станция, включающая трансформируемый бытовой отсек, размещенный в верхней части цилиндрического объема станции, и расположенные в средней части станции биоэнергетическое устройство и кольцо жесткости, высота которого совпадает с ледяным покровом океана. Над бытовым отсеком располагается чердачное помещение с куполообразной крышей, а под биоэнергетическим отсеком - продувная балластная емкость, обеспечивающая положительную плавучесть станции. Все отсеки связаны лифтовой шахтой.

Бытовой отсек состоит из нескольких этажей, из которых все, кроме нижнего этажа, трансформируются в пакеты, представляющие из себя перекрытия с шарнирно связанными с ними складывающимися стенами. При этом монтаж и демонтаж этажей обеспечивается благодаря телескопическим элементам лифтовой шахты. Круглопустотные перекрытия обеспечивают поступление дневного света через пустоты, выполненные в виде щелевых световодов, благодаря светоотражающей поверхности и светоприемным линзам, установленным на пустотах с внешней стороны станции. В темное время суток освещение обеспечивается искусственным источником света. Свет по внутренним световодам направляют через лифтовую шахту в биоэнергетический отсек, оборудованный верхним помещением подготовки рассады, которое совмещено с нижним этажом бытового отсека, и нижним - сбора урожая, совмещенным с океанографической лабораторией, а также сферой, на поверхности которой спиралевидно уложены вегетационные трубы с перемещаемыми конвейерами растений, благодаря чему обеспечивается вращение сферы, связанной через механизм вращения с мультипликатором, а через него с электрогенератором, соединенным с аккумулятором.

В экстремальных условиях, когда возможно образование трещин и подвижка льда, рискованно ограничиваться одним источником электроснабжения станции. Поэтому здесь оборудуют льдоэнергетическое устройство, представляющее собой кольцо из конусообразных реакторов, установленных основанием конуса вверх, взаимосвязанных между собой, заполняемых морской водой и обращенных одним боком в сторону ледяного поля, а другим, внутренним, покрытым теплоизоляцией, в сторону лифтовой шахты. Благодаря нагревателю, установленному внутри реактора, замерзший внутри реактора лед периодически размораживают, в процессе чего происходит разложение морской воды на опресненную воду и рассол [4]. Опресненную воду используют для изготовления питательного раствора для растений в биоэнергетическом устройстве и для персонала станции. Благодаря тому, что вода, замерзая, увеличивается в объеме [5] энергию, полученную в результате этого процесса, используют, за счет того, что в реакторе, над поверхностью воды, находится слой масла, который сообщается через трубу с верхним тором, также заполненным маслом, установленным вокруг лифтовой шахты и примыкающим непосредственно к реакторам. Так как в верхнем торе образуется избыточное давление, масло, перетекая в нижний тор с пониженным давлением, вращает гидромотор, который, в свою очередь, вращая генератор электроэнергии, заряжает аккумулятор. Замораживание и размораживание осуществляют вдоль по кольцу, поочередно в каждом из реакторов, благодаря чему в верхнем масляном торе постоянно поддерживают повышенное давление. Полученная в ходе заморозки и разморозки пресная вода подается в водосодержащий тор. В случае, когда надо разморозить все кольцо реакторов, которое, вместе с жестко прикрепленными к ним торами, по существу, является кольцом жесткости, сопротивляющимся воздействию ледового поля вокруг станции, это кольцо может быть освобождено от ледового плена и после размораживания перенесено в другое место.

Перемещение станции осуществляют путем подъема ее воздушным шаром, расположенным в сложенном состоянии на чердаке под куполом, который, в случае необходимости, раскрывают, а воздушный шар накачивают теплым воздухом либо другим легким газом. После этого реакторы размораживают, воду из балластной камеры выдувают, а сама станция всплывает. Воздушный шар крепят к балансирам, которые соединены тросами с петлями, прикрепленными к кольцу жесткости и поднимают станцию вверх для установки ее на новом месте. Перед установкой на новом месте в ледяном поле делают полынью, куда опускают станцию.

На фиг.1 приведен разрез станции по А-А на фиг.2; на фиг.2 - план станции на уровне Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез фрагмента кольца жесткости по А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез станции при собранном бытовом отсеке по А-А на фиг.2; на фиг.5 - общий вид станции; на фиг.6 - схема автоматизированной системы управления.

На фиг.1 приведен бытовой отсек 1 в развернутом положении, биоэнергетическое устройство 2; кольцо жесткости 3, чердачное помещение 4 с куполообразной крышей и продувная балластная емкость 5. В бытовом отсеке 1 расположены этажи 6 с помещениями для работы и отдыха научных сотрудников, в том числе не трансформируемый нижний этаж 7, и лифтовая шахта 8. В чердачном помещении 4 располагается воздушный шар 9 в собранном виде. Рядом с куполообразной крышей расположены ветроэнергетические двигатели 10, которые работают в результате продува через продухи 11, расположенные между теплоизолирующим ограждением 12 и ветрозащитными щитками 13. Под бытовым отсеком расположено биоэнергетическое устройство 2, включающее вегетационные трубы 14, спиралевидно уложенные на сферической поверхности устройства 2, заполненные конвейерами с растениями, которые при вращательном движении вокруг центральной вертикальной оси 15 станции приводят во вращение биоэнергетическое устройство, благодаря чему происходит выработка электроэнергии. Ниже бытового отсека 1 по периметру станции, на уровне ледяного покрова установлено кольцо жесткости 3, включающее в себя реакторы 16, объединенные верхним масляным тором 17, нижним масляным тором 18 и водосодержащим тором 19. Ниже биоэнергетического устройства 2 расположена океанографическая лаборатория 20, которая совмещена с помещением сбора урожая биоэнергетического устройства и оборудована скважинами 21 для спуска измерительной аппаратуры 22.

На фиг.2 приведен разрез фрагмента кольца жесткости 3 станции, включающего реакторы 16, объединенное верхним масляным тором 17, связанным с гидромоторами 23, при том, что реакторы с внутренней стороны теплоизолированы утеплителем 24, а с наружной - отделены от льда теплопроводной ограждающей конструкцией 25. В центре станции расположена лифтовая телескопическая шахта 8, вокруг которой концентрически расположено кольцо вегетационных труб 14 биоэнергетического устройства 2.

На фиг.3 приведен разрез реактора 16 с установленным внутри обогревателем 26 и связанного соединительными трубами 27, оборудованными дистанционно управляемой запорной арматурой 28 с верхним масляным тором 17, куда после увеличения объема замерзающей воды попадает масло и где создается избыточное давление, в результате чего приводят в действие соединенные с верхним тором 17 трубами 27 гидромоторы 23, вырабатывающие электрический ток, передающийся на аккумулятор (не показан). Отработанное масло попадает в нижний тор 18, откуда по трубам 27, снабженным автоматической запорной арматурой 28, при помощи насоса 29, после растапливания льда, направляется в реактор. Морскую воду подают по трубе 30 в реактор, отделяя от нее планктон [6], который используется для приготовления питательного раствора для растений, где в результате процесса вымораживания она опресняется. После этого опресненную воду по трубе 31 сливают в тор 19, заполняемый пресной водой, которую используют для бытовых нужд и, в частности, для питания растений в биоэнергетическом устройстве. Рассол сливают через трубу 32. Для удержания масла после слива воды установлен подвижный поддон 33 и фиксаторы 34.

На фиг.4 приведен разрез станции со сложенными перекрытиями бытового комплекса.

На фиг.5 приведен общий вид станции в транспортном состоянии, где куполообразная крыша над чердачным помещением раскрыта, воздушный шар 9 наполнен газом и переносит станцию к другому месту дислокации. При этом шар поддерживает станцию на весу при помощи траверсы 35, закрепленной за петли 36 кольца жесткости.

На фиг.6 дана схема автоматизированной системы управления, включающая оператора 37, терминал 38 и вычислительное устройство 39, связанное через интерфейс 40 с датчиками 41 и приводами 42 блоков управления биоэнергетическим устройством 2 балластной емкостью 5, реакторами 16, запорной арматурой 28, аккумулятором энергии 43, системой освещения 44, системой отопления, вентиляции и водоснабжения 45, системой научного оборудования станции 46 и воздушным шаром 9.

Источники информации

1. RU 2029043 C1, 20.02.95.

2. RU 2049700 C1, 10.12.95.

3. RU 2128905 C1, 20.04.99.

4. RU 2186034 C1, 27.07.2002.

5. Трофимова Т.И. Курс физики - М.: Высшая школа, 1990.

6. Опыт системных океанологических исследований в Арктике - М.: Научный мир, 2001.

1. Дрейфующая станция, содержащая корпус цилиндрической формы, включающая бытовой отсек с куполообразной крышей и балластную емкость, отличающаяся тем, что бытовой отсек расположен над верхней поверхностью ледяного покрова и является трансформируемым, при этом в нижней, подледной, части корпуса станции расположена балластная емкость, а в средней части - биоэнергетическое устройство и кольцо жесткости из взаимосвязанных реакторов, причем отсеки связаны между собой лифтовой шахтой, установленной соосно с центральной вертикальной осью станции.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что биоэнергетическое устройство, обеспечивающее выработку энергии для бытовых и технологических нужд, а также производства овощей для персонала, содержит сферу, оборудованную круговым статором электрогенератора, мультипликатором, электрогенератором, соединенным с аккумулятором электроэнергии и механизмом вращения сферы вокруг центральной вертикальной оси станции со спирально уложенными на ее поверхности вегетационными трубами, в которых размещены конвейеры с растениями, приводящие своим перемещением в круговое движение указанную сферу, причем над сферой располагают помещение рассады и приготовления питательного раствора, совмещенное с нижним этажом бытового отсека, а под сферой - помещение сбора урожая, совмещенное с океанографической лабораторией.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что реакторы, составляющие кольцо жесткости станции, выполнены конусообразными, установленными основанием конуса кверху с возможностью заполнения их морской водой, оборудованы теплоизоляционной прослойкой с внутренней стороны кольца жесткости и снабжены обогревателями, установленными вдоль центральной вертикальной оси реактора, соединены соединительными трубами с торами, заполненными маслом, снизу снабжены отводящими трубами для отвода рассола, а в средней части реакторов - водопроводными трубами для отвода опресненной воды в водосодержащий тор, при этом верхний тор соединен с гидромоторами, которые производят электроэнергию, передавая ее на аккумулятор, после чего масло поступает в нижний тор, откуда его откачивают в реактор, затем цикл повторяют, при этом все три тора жестко прикреплены к реакторам, обеспечивая прочность кольца жесткости, а также выполняя функцию гироскопа.

4. Станция по п.1, отличающаяся тем, что поступающую в реактор воду фильтруют, отделяя при этом планктон, который подают в биоэнергетическое устройство для приготовления питательного раствора для растений, а воду в реакторе опресняют за счет вымораживания, после чего ее также направляют в биоэнергетическое устройство и для бытовых нужд.

5. Станция по п.1, отличающаяся тем, что бытовой отсек имеет стационарный нижний этаж с возможностью выхода на поверхность ледяного покрова, над нижним этажом установлены один или несколько трансформируемых этажей, включающих стеновые элементы, выполненные с возможностью складывания в пакеты, которые прикреплены к расположенным между пакетами междуэтажным перекрытиям, при этом трансформацию этажей осуществляют при помощи компрессора, соединенного с помощью труб с элементами лифтовой шахты, расположенной внутри бытового отсека, причем лифтовая шахта выполнена телескопической и при трансформации этажей складывается, а над шахтой располагают сложенный воздушный шар, который после надувания теплым воздухом, раскрытия купола и растопления реакторов способен поднять и перенести станцию на новое место.

6. Станция по пп.1-5, отличающаяся тем, что она оборудована автоматизированной системой управления, размещенной на центральном управляющем пункте, и содержит оператора, терминал и вычислительное устройство, связанное через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления, биоэнергетическим устройством, балластной емкостью, реакторами, запорной арматурой, аккумуляторами энергии, системой освещения, системой отопления, вентиляции и водоснабжения, системой научного оборудования станции и воздушным шаром.