Cайт посвящен дайвингу и погружениям в России. Наша цель - создание интересного и полезного ресурса про подводный мир и его исследование.
Полузамкнутый цикл дыхания. Шланговые аппараты полузамкнутого цикла дыхания с непрерывной подачей газовой смеси являются наиболее распространенным типом водолазного оборудования, применяемого при выполнении подводных технических работ. К основным элементам системы для погружений на небольшие глубины относятся: расположенные на поверхности устройства для подачи кислорода и гелия; баллоны с приготовленной газовой смесью; регулятор; пульт управления; соединительные шланги и водолазное снаряжение, состоящее обычно из стеклопластикового шлема и ранца с поглотителем двуокиси углерода. Имеется несколько модификаций такой аппаратуры, но все они основаны на одних и тех же принципах.
Рассмотрим, например, дыхательный аппарат, входящий в систему, изготовляемую фирмой «Эдванст дайвинг». Газовая смесь из баллонов, расположенных на палубе судна обеспечения, подается через регулятор, где давление уменьшается с 150—200 кгс/см2 до промежуточного значения порядка 35 кгс/см2. В системе подачи газовой смеси регулятор, как правило, располагают таким образом, что трубопроводы на палубе водолазной баржи или судна заполняются газом при промежуточном давлении. На рабочих участках трубопроводы высокого давления но возможности не прокладываются. Газ под промежуточным давлением по трубопроводам подводится к пульту управления. Здесь газовая смесь проходит через регулятор, устанавливающий необходимую скорость поступления смеси, при которой поддерживается давление, примерно на 7 кгс/см2 превышающее давление воды на шлем водолаза. Кроме того, на пульте имеется система подачи водолазу сжатого воздуха или кислорода для декомпрессионного цикла или в аварийных ситуациях. Обычно на пульте устанавливается пневматический глубиномер. Следовательно, оператор пульта или руководцтель погружений с одного поста может контролировать вид используемого газа, его давление, глубину погружения водолаза, а также изменять расход подаваемого водолазу газа. Большинство пультов оборудовано вспомогательными устройствами на случай отказа основной системы подачи газовой смеси.
С пульта управления газ по шлангу с внутренним диаметром 12,7 мм поступает к водолазу. Подающий шланг, бронированный кабель переговорной системы, шланг аварийной подачи воздуха и спасательный линь, выдерживающий испытательную нагрузку 540 кгс, объединены в один пучок (жгут).
Водолазный шлем для погружений с использованием газовой смеси (в отличие от шлема для погружений с применением воздуха) имеет два шланга,’ соединенных с ранцем, в котором находится поглотитель двуокиси углерода, обеспечивающий возможность рециркуляции чаСти газа. Подаваемый с поверхности газ поступает в ранец, а оттуда по правому соединительному шлангу внутрь шлема. Через шлем водолаза газ протекает со скоростью до 300 л/мин. Выпускной клапа^н с левой стороны шлема отрегулирован с учетом достаточного противодавления, поэтому при вдохе водолаза он находится в закрытом положении. В этих условиях весь газ, поступающий в водолазный шлем, выходит из него через отводящий шланг системы рециркуляции в ранец.
При выдохе давление внутри шлема повышается. Примерно на половине выдоха выпускной клапан открывается и газ с высоким содержанием двуокиси углерода выпускается в воду. После окончания выдоха выпускной клапан закрывается и газ снова поступает в ранец по системе рециркуляции. Обычно выпускной клапан настраивается таким образом, чтобы он открывался в те моменты, когда давление внутри шлема примерно на 0,05 кгс/см2 больше давления окружающей среды. При такой регулировке в воду уходит от 10 до 20% общего количества циркулирующего в системе газа.
Газ подводимый из шлема к ранцу, поступает в левую часть коробки с поглотителем двуокиси углерода. В качестве поглотителя может быть использована натронная известь, баралим 1 или любой общепринятый поглотитель двуокиси углерода. При прохождении газа между гранулами происходит экзотермическая реакция2 и поглотитель абсорбирует двуокись углерода, поступающую из шлема водолаза. Ввод в систему свежего газа, подаваемого с поверхности, осуществляется через сопло, расположенное в правой части ранца. Благодаря эжекции в этой части коробки возникает разрежение, вследствие которого выдыхаемый водолазом и циркулирующий газ равномерно протекает сквозь вещество поглотителя. Если соблюдаются правила эксплуатации, то коробка с поглотителем обеспечивает эффективную очистку циркулирующего газа в течение 7 ч. Использованный и очищенный от двуокиси углерода газ на выходе из коробки смешивается со свежим газом и снова поступает в шлем водолаза.
На содержание кислорода в использованном газе оказывают влияние такие факторы, как эргометрические условия, в которых находится водолаз, и скорость прохождения газа через шлем. Если выпускной клапан в шлеме отрегулирован так, что большая часть газа, выдыхаемого водолазом, выпускается в воду и водолаз работает с нормальной нагрузкой, то уменьшение содержания кислорода в циркулирующем газе обычно бывает минимальным и компенсируется за счет подачи обогащенного кислородом свежего газа. Следовательно, парциальное давление кислорода, поступающего к водолазу, определяется парциальным давлением кислорода в свежем газе и массовым секундным расходом в системе циркуляции. Остаточное содержание двуокиси углерода в циркулирующем газе зависит от эффективности действия системы поглощения, которая, в свою очередь, зависит от способа пропускания газа через поглотитель, от температуры внутри коробки и продолжительности использования поглотителя.
Качество очистки газа от двуокиси углерода во многом определяется конструкцией коробки. Если она выбрана неудачно, то может возникнуть «канальный» эффект. Его сущность состоит в том, что подлежащий очистке газ протекает по двум-трем путям (каналам) и не омывает всей поверхности поглощающего материала. Даже в удачно сконструированной коробке канальный эффект иногда появляется из-за уплотнения материала поглотителя. В таком случае резкое постукивание по коробке приводит, как правило, к более равномерному распределению гранул поглощающего вещества. Не менее важными факторами, влияющими на качество очистки, являются температура газа и коробки. Поскольку удаление из газа двуокиси углерода происходит в процессе экзотермической реакции, слишком холодный газ (или коробка) может настолько понизить эффективность очистки, что содержание двуокиси углерода в системе станет опасным. В связи с.этим при эксплуатации в воде с низкой температурой систему очистки газа необходимо снабжать обогревателем с циркулирующей горячей водой или «гелиевой рубашкой».
На качество химической очистки может оказать отрицательное воздействие также чрезмерная влажность газа. Если поглотитель насыщается влагой, то его активность падает. Кроме того, некоторые химические поглотители, увлажняясь, образуют едкий газ, который может при циркуляции попасть в шлем водолаза. На случай образования в коробке с поглотителем постороннего газа, ухудшения очистки из-за канального эффекта или истощения поглотителя предусмотрена перепускная система, позволяющая подавать свежий газ непосредственно внутрь шлема водолаза.
За исключением очень кратковременных работ, спуск водолаза на глубину более 90 м, его работа там и возвращение на поверхность (с соблюдением декомпрессионного режима) весьма нерациональны с практической точки зрения и экономически невыгодны. Наиболее распространенным методом (кроме погружений «скачком») в настоящее время является опускание водолазов непосредственно к месту работы в специальной водолазной камере, в которой поддерживается нормальное атмосферное давление. По достижении заданного района погружения давление внутри камеры повышается с определенной скоростью до давления окружающей среды. Водолаз покидает камеру, используя для жизнеобеспечения шланговый аппарат с полузамкнутым циклом дыхания и непрерывной подачей дыхательной смеси, и перемещается к месту работы, преодолевая лишь незначительное расстояние. Снабжение водолаза газовой смесью осуществляется лйбо по схеме поверхность—камера—водолаз, либо может быть автономным и производиться непосредственно из камеры. В последнем случае ее размеры увеличивают, баллоны с газом устанавливают с внешней стороны камеры и соединяют трубопроводами с системой регулирования расхода, расположенной внутри камеры. Такая компоновка наиболее распространена, и практически все используемые в настоящее время водолазные камеры являются полностью автономными, за исключением электропитания. (При подаче газа в камеру с поверхности конструкция системы усложняется и удорожается и кроме того возникают дополнительные сложности в процессе опускания и подъема камеры.)
Одну из таких автономных систем выпускает фирма «Дре-герверк» (ФРГ). Система предназначена для одновременного жизнеобеспечения трех водолазов, использующих аппараты с полузамкнутым циклом дыхания. Запасы газа хранятся в нескольких вертикально расположенных и прикрепленных к камере баллонах, которые соединены между собой коллекторами таким образом, что можно заранее получать три различные комбинации газовых смесей для работы на глубинах до 180 м. Наличие нескольких смесей позволяет сохранить заданный предел парциального давления кислорода по мере опускания водолаза ко дну. В упомянутой выше системе, которая получила название Дрегер MVU-3, газовая смесь необходимого состава поступает по коллекторам внутрь камеры, где она по трубопроводам распределяется между пультами управления. Для каждого водолаза предназначен отдельный пульт.
Установка Дрегер MVU-3 снабжена специальным сигнальным устройством, которое предупреждает водолаза о нарушениях подачи газа. Непосредственно в потоке газа установлен пневмоэлектрический датчик расхода. Электрические сигналы от этого датчика передаются на пульт управления в водолазной камере. Внутри шлема или маски водолаза установлено несколько сигнальных лампочек. Когда оборудование работает нормально, непрерывно горит зеленая лампочка. При перерыве в подаче газа зеленая лампочка гаснет, вместо нее загорается красная, а в водолазной камере включается звуковой сигнал. В обычных условиях все три водолаза редко работают одновременно. Как правило, один из водолазов выполняет функции обеспечивающего внутри камеры, контролируя подачу газа, работу системы связи и помогая двум другим водолазам выходить из камеры и входить в нее через расположенный в днище люк.
Шланговая аппаратура, применяемая в американских ВМС и в некоторых коммерческих водолазных компаниях за пределами США, работает по несколько иному принципу, чем система Эдванст дайвинг. В состав этой аппаратуры входят дыхательные мешки, и газ подается водолазу через мундштучную коробку с прикусываемым загубником или в маску, закрывающую все лицо. В шланговом аппарате МК-9 имеются два дыхательных мешка из нейлоновой ткани. Они надеваются на тело наподобие жилета, охватывая грудь, плечи и часть спины водолаза. Газ, подаваемый через регулятор, который можно переключать на одну из трех доз расхода, поступает в мешок вдоха, расположенный справа, а оттуда — по шлангу в мундштучную коробку. Газ, выдыхаемый водолазом, через систему обратных клапанов проходит в мешок выдоха, находящийся слева и снабженный регулируемым клапаном сброса давления, через который происходит выпуск части выдыхаемого газа.
Из мешка выдоха газ непрерывно подается в коробку с поглотителем двуокиси углерода, затем снова проходит через регулятор, где смешивается с газовой смесью, поступающей из подающего шланга. Коробка с поглотителем и два аварийных баллона с газовой смесью высокого давления размещены в обтекаемом ранце из стеклопластика, расположенном за спиной водолаза. Аварийные баллоны служат для подачи водолазу газовой смеси в случае повреждения шланга. Они также обеспечивают дополнительную подачу газа при спуске или при чрезвычайно интенсивных физических нагрузках.
Допустимая продолжительность использования аварийного запаса зависит от расхода газовой смеси и глубины погружения. Аппарат МК-9 снабжен внешним спасательным дыхательным автоматом. Это позволяет водолазу снабдить дыхательной смесью своего товарища, у которого аппарат вышел из строя.
По аналогичному принципу работает и аппарат СМС-1 фирмы «Дрегерверк». Однако этот аппарат значительно проще по устройству и не так громоздок, как аппарат МК-9, поскольку он разрабатывался для подводных технических работ, выполняемых в непосредственной близости от водолазной камеры.
В аппарате СМС-1 газовая смесь из регулятора в водолазной камере поступает через клапан в заплечном ранце непосредственно в мешок вдоха. Впускная система аппарата снабжена устройством для контроля расхода смеси и аварийной сигнализацией. Из мешка вдоха газ по соответствующему шлангу, оканчивающемуся мундштучной коробкой, подается водолазу. При выдохе газ поступает в мешок выдоха, имеющий клапан сброса давления, а оттуда — в коробку с натронной известью, где происходит поглощение двуокиси углерода. В коробке установлен водоотделитель для удаления из газа излишней влаги или воды. В состав аппарата входит аварийный баллон с газом, запас которого достаточен для дыхания на глубине 180 м в течение 8 мин. Если подача свежего газа прекращается, то водолаз открывает аварийный клапан, находящийся в левой нижней части ранца, и газ начинает поступать со скоростью около 20 л/мин. Все элементы системы жизнеобеспечения аппарата СМС-1, включая дыхательные мешки, размещены внутри ранца, изготовленного из стеклопластика на основе полиэфирных смол.
Замкнутый цикл дыхания. Высокая стоимость эксплуатации водолазных аппаратов с гелиевыми газовыми смесями потребовала разработки такой конструкции, которая обеспечивала бы полное или почти полное сохранение гелия. В настоящее время имеются автономные аппараты с замкнутым циклом дыхания для погружений на глубину до 300 м. Однако большинство промышленных компаний предпочитает применять для подводных работ шланговые аппараты, поскольку при этом создаются, как правило, лучшие возможности для организации связи. Кроме того, наличие группы обеспечения повышает степень безопасности при выполнении глубоководных работ.
В процессе исследований и разработок,, выполнявшихся некоторыми фирмами, было создано несколько систем шланговых аппаратов с замкнутым циклом дыхания, которые используются в настоящее время при выполнении подводных работ. Подробности устройства этих аппаратов являются производственными секретами и не разглашаются. Однако известно, что фирма «Дрегерверк» разработала и выпускает несколько систем водолазного оборудования с замкнутым циклом дыхания для погружений с применением водолазной камеры. Первая из этих систем, предназначенная для погружения внутри водолазной камеры трех человек (одного обеспечивающего и двух водолазов), является полностью автономной. Запасы газа, состоящие из кислорода и гелия, размещаются с наружной стороны камеры. Газы предварительно не смешиваются: кислород и гелий хранятся в отдельных баллонах и подаются по отдельным трубопроводам. Давление внутри камеры устанавливается в зависимости от глубины погружения. Основу атмосферы составляет гелий, в который вводится строго дозируемое количество кислорода, необходимое для поддержания его парциального давления на безопасном уровне.
Блок контроля непрерывно следит за содержанием кислорода внутри камеры и автоматически поддерживает его на требуемом уровне. Камера, по существу, представляет собой большой газовый ресивер для дыхательных аппаратов водолазов. Газ из камеры, пройдя через регулятор низкого давления, засасывается в компрессор, откуда он попадает в двухсекционный поглотитель двуокиси углерода, а затем в регулятор высокого давления, настроенный на поддержание избыточного давления по сравнению с давлением внутри камеры. Из этого регулятора и происходит отбор газа для подачи водолазам. Шланг, связывающий водолазов с камерой, является двухка-нальным; он обеспечивает как подвод, так и отвод газа. Канал выдоха, в котором поддерживается разрежение, присоединяется к системе за регулятором низкого давления; этим обеспечивается непрерывная циркуляция газа с минимальным сопротивлением дыханию. Более тяжелая, чем кислород и гелий, двуокись углерода скапливается в нижней части камеры, где установлен заборник замкнутой системы циркуляции. Благодаря такому расположению газ непрерывно очищается и в системе циркуляции и внутри камеры. Обеспечивающему или свободному от работы водолазу, находящемуся внутри камеры, нет надобности пользоваться дополнительной аппаратурой для дыхания что существенно повышает его подвижность и улучшает условия обитаемости.
Очевидно, что такую систему нецелесообразно использовать для выполнения кратковременных подводных работ: когда камера поднимается на поверхность, дыхательная смесь, находящаяся внутри нее, уходит в окружающую среду, поэтому при кратковременных работах происходят большие потери газа.
В другой системе той же фирмы пространство внутри камеры не заполняется гелиево-кислородной смесью, и находящиеся в ней водолазы должны использовать дыхательные аппараты. В ранце, расположенном за спиной водолаза, помещаются дыхательные мешки вдоха и выдоха, коробка с поглотителем двуокиси углерода и запас гелия. Мешок выдоха имеет клапан сброса избыточного давления, однако в рассматриваемом аппарате, в отличие от аппаратов с полузамкнутым циклом дыхания, при нормальной работе оборудования давление из мешка не стравливается. Стравливание давления осуществляется только при подъемах, происходящих в ходе выполнения работ. Кислород подается водолазу из камеры, с которой он связан шлангом подачи кислорода и электрическим кабелем кислородного датчика. Чувствительный элемент, контролирующий подачу кислорода, находится в мешке вдоха, являющемся частью водолазного снаряжения. Сигналы датчика передаются по кабелю в расположенное внутри устройство, управляющее дозированием подачи кислорода.
Работа рассматриваемой системы при вдохе и выдохе водолаза очень напоминает работу системы с полузамкнутым циклом дыхания, с той лишь разницей, что в данном случае выход газа в окружающую среду может происходить лишь в результате утечек. Двуокись углерода удаляется из циркулирующего газа в коробке с поглотителем (натронная известь), а по мере уменьшения содержания кислорода происходит обогащение им газовой смеси.
Поскольку гелий служит лишь носителем кислорода, его потери в такой замкнутой системе являются минимальными. Если произойдет случайная утечка гелия в окружающее пространство, то дыхательные мешки водолазного аппарата будут вновь заполнены после включения вспомогательного клапана, который откроет доступ гелию из автономного запасного баллона с редуктором. Помимо обеспечения экономного использования гелия система имеет еще одно преимущество — она обладает небольшими габаритами и, следовательно, в минимальной степени ограничивает подвижность водолаза после его выхода из камеры.
Техника освоения морских глубин. Пер. с англ. Л., “Судостроение”
Дж.Кенни.
Комментирование этой статьи закрыто.