Привязные рабочие камеры-снаряды

Для обслуживания стационарных объектов, размещенных непосредственно в воде, и в герметизированных прочных корпусах используют такие технические средства (рис. 22), как рабочие снаряды и транспортные камеры-лифты.

Рис. 22. Схема подводного добывающего комплекса в «сухом» исполнении
1 — оголовье скважины; 2 — судно обеспечения; 3 — добывающая станция; 4 —транспортная камера; 5 — распределительный и клапанный блок

Транспортные камеры-лифты предназначены для перемещения людей с поверхности в донный стационарный герметичный корпус. Транспортные камеры, соединенные спуско-подъемным кабель-тросом с судном-носителем, имеют узел герметичной, прочной стыковки с донным корпусом, куда экипаж камеры переходит в воздушной среде под нормальным давлением для выполнения необходимой работы.

Рабочие снаряды (камеры) имеют две основные компоновки: классическую, в которой получили развитие широко известные в 20—30-е годы гидростаты, и антропоморфную, идущую от компоновки не менее известных в те же годы жестких скафандров.

Это обусловлено тем, что точные координированные работы способен выполнить лишь водолаз, а более грубые работы или осмотр объекта можно производить с помощью манипуляторов. Следовательно, водолаз может быть заменен рабочим снарядом.

Кроме того, глубина погружения человека под воду ограничена, а рабочие снаряды, в принципе, таких ограничений не имеют. Практически они погружаются на 1000 м и более.

С увеличением глубин погружения на нефтепромыслах до 500 м и более появились основания полагать, что в ближайшем будущем потребуется решать практические задачи на глубинах, не доступных водолазам.

Все эти соображения и привели к тому, что рабочие снаряды в последние годы получили новый толчок к развитию.

Рабочие снаряды классической компоновки. В настоящее время реально существуют два типа рабочих снарядов классической компоновки: это система АРМС фирмы «Ошеанееринг интернэйшнл инкорпорейтид» и система МОБ-ЮОО фирмы КОМЕКС.

Система АРМС, состоящая из собственно погружаемого рабочего снаряда, лебедки и электромеханического кабельного устройства, имеет рабочую глубину погружения 915 м, экипаж два человека.

Основу рабочего снаряда составляет стальной сферический корпус диаметром 1,83 м с толщиной стенки 17,4 мм. Корпус имеет входной люк диаметром 0,48 м, четыре бортовых, верхний и донный диаметром 152,4 мм и основной рабочий иллюминатор в форме сферического сегмента диаметром 635 мм, толщиной 76 мм, обеспечивающий угол зрения 120°. Корпус снаряда заключен в стальную трубчатую раму-ограждение.

Внешнее оборудование рабочего снаряда АРМС состоит из автономного якорно-гайдропного устройства с гидроприводом, двух бортовых движителей с гидроприводом, гидравлического захвата-фиксатора, электрогидравлической насосной станции, внешних светильников и компенсированной по давлению свинцовой кислотой аккумуляторной батареи. Внутри отсека установлены система жизнеобеспечения экипажа с ресурсом 240 чел.-ч, аварийная дыхательная система, основной и аварийный пульты управления, гидросистемы, пульт управления электрооборудованием снаряда, аппаратура связи с поверхностью, гидролокатор.

Вспомогательное оборудование судна-носителя рабочего снаряда АРМС состоит из лебедки, спуско-подъемного кабель-троса и направляющей рамы.

Лебедка имеет тянущее усилие 0,1569 МН (16 тс) и максимальную скорость подборки кабель-троса 45 м/мин. Основной привод лебедки дублирован аварийным гидравлическим приводом, способным поднять снаряд в случае аварии, но с меньшей скоростью.

Кабель-трос имеет длину 1050 м и диаметр 38 мм. Кроме стальных несущих жил, в него входят коаксиальные фидера для передачи телевизионных сигналов и сигналов связи.

Направленная рама служит для проводки рабочей камерычерез сквозную шахту судна-носителя.

На объекте АРМС фиксируется в нужной точке путем захвата специальным зажимом-манипулятором одного из элементов конструкции. Если подходящих точек для захвата нет, то на дно опускается якорь, и с помощью бортовой лебедки снаряд перемещается по вертикали в пределах 24 м, наматывая или вытравливая якорный трос.

При погружении рабочий снаряд имеет отрицательную плавучесть 1108 Н (113 кгс), что обеспечивает скорость погружения до 30 м/мин, а после постановки на якорь, масса которого 360 кг, приобретает положительную плавучесть 2451 Н (250 кгс).

Один из двух манипуляторов, как уже указывалось, удерживает камеру в необходимом для работы положении, второй предназначен для выполнения работ. Эта гидравлическая система, имеющая шесть степеней свободы, работает в копирующем командное «плечо» режиме с обратной связью по усилию. Исполнительное плечо манипулятора имеет два угловых поворота захвата во взаимно перпендикулярных плоскостях, осевое вращение захвата, изгиб в «локте» и поворот в вертикальной и горизонтальной плоскостях в «плече». Обратная связь по усилию вызывает в поворотных звеньях командного звена тормозящие моменты, пропорциональные развиваемому исполнительным «плечом» усилию. Следящий режим по положению обеспечивает точное повторение исполнительным звеном движений командного звена, управляемого оператором. Зона обслуживания манипулятора составляет 1,5 м, усилия, развиваемые приводом исполнительного звена, составляют при полной скорости 294,2 Н (30 кгс) и при удержании груза навесу 446,1 Н (45,5 кгс).

Система АРМС установлена для опытной эксплуатации на буровом судне «Пакнорс» американской постройки, принадлежащем норвежской нефтяной компании.

Другим образцом подобной рабочей камеры является система МОБ-1000 фирмы КОМЕКС.

Рабочая камера МОБ-1000 обеспечивает на морском промысле:
– прямой, визуальный и телевизионный контроль за процессом бурения;
– смену гидроакустических донных маяков;
– открытие и закрытие клапанов, запуск гидроприводов противо-фонтанной аппаратуры и пр.;
– работу механизированным инструментом (тросорубами, зачист-ными щетками и пр.);
– перемещение грузов под водой.

Рис. 23. Рабочая камера МОБ-ЮОО фирмы КОМЕКС: а — общий вид; б — схема общего расположения

Камера МОБ-ЮОО (рис. 23, а, б) имеет рабочую глубину погружения Ш00 м, массу в воздухе 9,8 т, максимальную отрицательную плавучесть 3432,3 Н (350 кгс) при массе отделяемого балласта 420 кг, высоту 3,85 м и диаметр 2,65 м. С судном-носителем камера соединена кабель-тросом диаметром 27 мм. Восемь разнесенных по корпусу подруливающих устройств мощностью по 2,2 кВт (четыре обеспечивают продольную тягу, два — поперечную и два — вертикальную) и системы уравнительного балласта объемом 400 л обеспечивают перемещение камеры в воде в радиусе 500 м.

Экипаж камеры, состоящий из двух человек, может осматривать примыкающую толщу воды через три иллюминатора диаметром 600 мм и пять диаметром 150 мм. Камера оборудована двумя манипуляторами: фиксирующим и рабочим, причем зона обслуживания рабочего манипулятора расположена как перед камерой, так и под ней. Под днищем камеры установлена грузовая лебедка с гаком грузоподъемностью 2942,0 Н (300 кгс).

Конструкция камеры допускает использование ее со стандартными спуско-подъемными устройствами водолазных комплексов с выводом в воду как через борт, так и в центральную сквозную

шахту в корпусе судна. В настоящее время в опытной эксплуатации находятся две камеры МОБ-ЮОО. Одна размещена на буровом судне «Пелерин», вторая — на судне «Дискове-рер севенсиз».

Во время испытаний в декабре 1976 г. рабочая камера совершила погружения на глубину 960 м. Во время первого погружения было осмотрено оборудование и зафиксированы на видеомагнитофон буровые операции, проводимые судном «Пелерин». Во втором спуске испытаны манипуляторы, с помощью которых были установлены на расстоянии 1 м от скважины маркеры для монтажа ловителя долота при его повторном вводе в скважину. В настоящее время проходит испытания третья камера МОБ-ЮОО.

Жесткие скафандры. В последнее время вновь после почти полувекового перерыва стали разрабатывать жесткие (антропоморфные) скафандры. Современная техника и технология позволили устранить основной недостаток их ранних образцов — зажатие давлением воды подвижных сочленений «рук» и «ног» скафандра. С ростом глубины водолазам в скафандрах старого типа все труднее было перемещаться и работать под водой, а с глубин 100 м герметичные шарниры вообще заклинивались.

Проблема сохранения гибкости, подвижности шарниров во всем диапазоне рабочих глубин решена в жестком антропоморфном скафандре (рис. 24) «Джим-АДС» (Англия) с шарнирными уплотнениями нового типа, в которых давление воды уравновешивается противодавлением подводимой к полостям шарниров специальной жидкости.

Рис. 24. Общий вид жесткого антропоморфного скафандра «Джим-АДС»

Скафандр «Джим-АДС» в собранном виде имеет высоту 1,98 м, ширину 1,04 м и толщину 0,94 м. Масса скафандра в воздухе без оператора 413 кг, а с оператором около 500 кг. Вес скафандра с оператором под водой около 300 Н (30 кгс).

Основу «Джим-АДС» составляет изготовленный из высокопрочного магниевого сплава корпус, в головной (верхней) части которого находятся люк для захода оператора в скафандр, спускоподъем-ный рым, четыре иллюминатора в лицевой части «головы» и два — в затылочной. Все иллюминаторы изготовлены из оргстекла. Ввиду высокой коррозионности магниевых сплавов в морской воде, корпус имеет специальное защитное покрытие.

«Руки» скафандра закреплены на корпусе с помощью шарнирных суставов. Кроме плечевого, они имеют локтевой и запястный суставы, узел поворота кисти и пальцы-манипуляторы. «Ноги» скафандра имеют бедерный сустав крепления их к корпусу, коленный сустав и шарнирный узел поворота стопы. Все шарниры-суставы одного типа, их металлические части изготовлены из алюминия и покрыты полированной пленкой хрома или никеля. Конструкция суставов обеспечивает их угловую подвижность в пределах 40° и полную круговую подвижность.

Система жизнеобеспечения скафандра «Джим-АДС» состоит из двух независимых агрегатов с общим временем работы 20 ч. Оператор делает вдох непосредственно из атмосферы скафандра, а выдыхает через маску в патрон, вмещающий 5,5 кг поглотителя углекислого газа. Кислород для дыхания оператора хранится в двух баллонах, закрепленных за спиной скафандра в специальном ранце. По двум трубопроводам кислород высокого давления из баллонов поступает в скафандр, проходит через запорные вентили высокого давления, редуктор, запорные вентили низкого давления и попадает в дозирующее устройство.

Дозатор контролирует расход кислорода из воздуха скафандра по падению в нем давления и пополняют содержание кислорода, восстанавливая давление воздуха до исходного. Содержание кислорода в воздухе измеряется контрольным прибором фирмы «Бек-ман». На борту производится запись содержания кислорода, температуры и давления воздуха в скафандре во время погружения.

Связь оператора с судном обеспечения осуществляется по телефону через двухжильный кабель, а при автономной работе скафандра — по беспроводному подводному телефону.

Отрицательной плавучести в 264,8 Н (27 кгс) вполне достаточно для работы оператора в скафандре на твердом дне. На илах, где отрицательная плавучесть уменьшается до 68,6 Н (7 кгс), скафандр под действием течения может терять устойчивость.

В аварийной ситуации оператор может обрубить спуско-подъем-ный кабель-трос и, сбросив аварийный балласт массой 68 кг, самостоятельно всплыть на поверхность со скоростью около 30 м/мин. После всплытия скафандр сохраняет вертикальное положение.

Оператор может перемещаться на глубинах до 900 м, подниматься и опускаться по трапам, наклоняться вперед или откидываться на спину, производить работы пальцами-манипуляторами, подвижность которых высока. Кисть «руки» скафандра с пальцами-манипуляторами может быть заменена встроенным специализированным инструментом.

На испытаниях в гидротанке на глубине 15 м оператор перекладывал из руки в руку и снова устанавливал на место кабели телевизионных передатчиков, инструмент, болты, гайки.

Первый образец скафандра «Джим-2» был испытан по частям и в собранном виде по программе испытаний подводных обитаемых аппаратов, получающих класс в Регистре Ллойда. Его рабочая глубина 195 м. Следующий вариант скафандра «Джим-3» был сертифицирован до глубины 305 м. Образец «Джим-4» получил рабочую глубину 450 м, а последние модификации скафандра имеют рабочую глубину 915 м.

После успешно завершенных испытаний первых образцов скафандров фирма «ДШБ констракшн лимитед» заключила соглашение с фирмой «Ошеанееринг интернэйшнл инкорпорейтид», согласно которому последняя должна была организовать производство и найти рынок сбыта скафандров типа «Джим».

В рамках этого соглашения фирма «Ошеанееринг интернэйшнл инкорпорейтид» провела демонстрацию практической работы скафандров типа «Джим-4» на реальных объектах морского нефтепромысла в арктическом бассейне. На первом этапе рабочая глубина составляла 280 м, на втором — 450 м. В демонстрации участвовали четыре оператора, использовавшие два скафандра «Джим-4». Весь комплект оборудования, в том числе два спуско-подъемных устройства общей массой 4,5 т, был доставлен на место работ вертолетом. Было практически показано, что немедленно после прибытия операторы в скафандрах могут уйти на глубину 280 м при температуре воды —2,2° С, работать на глубине стандартным ручным и механизированным инструментом в течение 4 ч и выйти на поверхность без многосуточной декомпрессии (табл. 13).

Работая на дне, операторы свободно перемещались около устья скважины, неся в «руках» скафандров светильники и телевизионные камеры, а также выполняли различные операции, характерные для работ с устьевым оборудованием.

В декабре 1976 г. у берегов Испании с борта судна «Дисковерер 511» было совершено показательное погружение водолаза в скафандре «Джим-АДС» на глубину 433 м. Спуск производился вдоль направляющего конца на противофонтанную колонну, установленную на устье скважины на дне. Суммарное время, проведенное водолазом на грунте, составило 20 мин.

Таблица 13
Работы, выполненные с помощью жестких скафандров типа «Джим-АДС»

В настоящее время фирма «Ошеанееринг интернэйшнл инкор-порейтид» имеет в своем распоряжении семнадцать скафандров типа «Джим-АДС». Все объекты, на которых эксплуатируются скафандры, находятся на глубине более 300 м.

Однако и рабочие камеры, и жесткие скафандры имеют эксплуатационные недостатки. Рабочие камеры тяжелы, громоздки, с ними трудно работать в уз костях, на течении. Жесткие скафандры малоподвижны, их движением по вертикали трудно управлять. Стремление объединить в одной конструкции достоинства жестких скафандров (малые габариты и атмосферное давление) и рабочих снарядов (само-ходность) привело к появлению некоего гибрида, тип которого даже трудно определить (нечто среднее между рабочей камерой, жестким скафандром и подводным аппаратом). Это рабочая камера ОСА (рис. 25), созданная группой английских фирм.

Камера имеет форму цилиндра, верхнее полусферическое днище которого прозрачно. В верхней части цилиндрического корпуса расположены два гибких рукава, в которые встроены инструменты (например, клещи). Оператор располагается в камере лежа так, что голова его находится внутри прозрачного днища, а руки — в гибких рукавах. Масса камеры в воздухе около 500 кг, длина 2,1 м. Рабочая глубина погружения 610 м, при этом оператор находится под нормальным атмосферным давлением в воздушной среде. Спуск и подъем камеры производится с помощью лебедки судна-носителя на кабель-тросе, по которому камера получает энергию, и оператор поддерживает связь с поверхностью по двум каналам.

Корпус камеры, имеющий форму усеченного конуса со сферическими днищами, изготовлен из высокопрочного алюминиевого сплава и имеет антикоррозийное покрытие. Прочностные характеристики корпуса отвечают требованиям Регистра Ллойда.

Рис. 25. Общий вид жесткого антропо—морфного скафандра — камеры ОСА

Транспортные камеры. Развитие подводных добывающих систем, обслуживаемых аппаратурой, размещенной в прочных герметичных корпусах в воздушной среде, привело к появлению целого семейства транспортных камер, основное назначение которых — доставка обслуживающего персонала с поверхности на объект.

Транспортные камеры, используемые на морском нефтепромысле, делятся на два типа: камеры для транспортировки людей и камеры, несущие на борту, кроме экипажа, специализированное оборудование, используемое экипажем при работе на объекте. Например, транспортные камеры второго типа могут доставить на объект целое оголовье нефтяной скважины.

Фирма КОМЕКС разработала по заказу фирма СИЛ два типа транспортных камер для глубин 200 и 300 м. Камеры рассчитаны на «сухую» транспортировку в подводный стационарный корпус трех человек.

Камера с рабочей глубиной 200 м — АПТМ-660 имеет водоизмещение 8 т при диаметре сферического корпуса 2,3 м. Корпус камеры оборудован входным люком диаметром 600 мм и двумя иллюминаторами диаметром по 460 мм. Энергия к камере подводится с поверхности по кабель-тросу под напряжением 410 В; потребляемая мощность 30 кВт. На камере установлены два подруливающих устройства горизонтального упора мощностью по 5,5 кВт и три вертикального упора мощностью по 3 кВт, уравнительная цистрена объемом 100 л, два отделяемых балластных блока массой по 200 кг, вспомогательная аккумуляторная батарея емкостью 240 А-ч при напряжении 24 В.

Камера АПТМ-1000 (рис. 27) имеет рабочую глубину 300 м, водоизмещение 8,2 т при высоте 3,9 м и диаметре 3,5 м. В корпус камеры встроено шесть иллюминаторов. Шесть подруливающих устройств обеспечивают камере радиус действия до 100 м.

Транспортная камера (рис. 28) фирмы «Локхид петролеум сер-висес лимитед» (Канада) представляет собой сферу диаметром, 3,05 м, состыкованную с расположенной под ней цилиндрической юбкой-камерой присоса, диаметром 2,1 м и высотой также 2,1 м. Камера присоса по нижнему ее краю имеет резиновое кольцо, обеспечивающее герметичное ее соединение с комингс-площадкой донного стационарного корпуса. Рабочая глубина погружения камеры 360 м, водоизмещение около 16 т, высота 5,4 м, экипаж четыре человека, максимальная полезная нагрузка, включая экипаж, 1800 кг, грузоподъемность встроенной лебедки 8002,2 Н (816 кгс), положительная плавучесть камеры под водой от 6668,5 Н (680 кгс) до 8826,0 Н (900 кгс). Корпус камеры имеет два люка: верхний входной диаметром 634 мм и нижний грузовой диаметром 914 мм, открывающийся в камеру присоса. Подача электроэнергии, обеспечение связи, передача телевизионного изображения и показаний контрольных приборов, а также подача в отсек свежего воздуха для дыхания и отвод отработанного производятся по кабель-шлангу с поверхности с судна обеспечения. При запутывании спуско-подъемного троса или кабель-шланга их обрубают, и камера всплывает самостоятельно. При этом автоматические запорные клапаны перекрывают линии подачи в отсек и отвода воздуха, а экипаж использует аварийную дыхательную систему, имеющую автономность.

Рис. 27. Схема устройства транспортной камеры АПТМ-1000 фирмы КОМЕКС

Рис. 28. Схема устройства транспортной камеры фирмы «Локхид петролеум сервисес лимитед»

Кроме того, камера оборудована изолирующей дыхательной системой с индивидуальными дыхательными масками, имеющей автономность 8 чел.-ч.

Погружение транспортной камеры происходит следующим образом. По гидроакустическому сигналу обеспечивающего судна от комингс-площадки донного корпуса автоматически отделяется и всплывает на поверхность буй с закрепленным на нем тросом-проводником, верхний конец которого заводится на барабан встроенной в камеру присоса гидравлической лебедки, и камера опускается с палубы судна-носителя на воду. Затем, управляя гидравлической лебедкой, оператор камеры наматывает на барабан лебедки трос-проводник, подтягивая имеющую положительную плавучесть камеру к комингс-площадке. После стыковки и герметизации камеры-присоса из ее внутреннего объема откачивается вода, и операторы, открыв нижний люк камеры и верхний люк донного корпуса, переходят в донный корпус для работы.

Несмотря на некоторую громоздкость и обилие шлангов и тросов, транспортная камера фирмы «Локхид петролеум сервисес лимитед» показала достаточную работоспособность. За последние годы с ее помощью было совершено более 50 спусков на глубины свыше 100 м для ремонта оборудования. В настоящее время строится модернизированная транспортная камера, которая по сравнению с первым образцом будет иметь дополнительные блоки плавучести и большую автономность аварийной системы жизнеобеспечения — до 96 ч.

Элементы конструкции рабочих снарядов (иллюминаторы, люки, электро- и пневмовводы) подобны аналогичным элементам конструкции обитаемых подводных аппаратов.

Следует отметить, что из всех описанных рабочих снарядов, пожалуй, лишь система фирмы «Локхид петролеум сервисес лимитед» действительно прошла многолетнюю опытную эксплуатацию и доказала свою эффективность.

Опубликовано:
4.04.12


Категория -

     

© Ilovediving.ru