Водолазное снаряжение

Нормальная жизнь и работа человека под водой может быть обеспечена лишь комплексом взаимосвязанных технических средств, дающих возможность водолазу организовать место работы и выполнить необходимые действия. Все эти средства могут быть разделены на три группы, в одну из которых входят устройства жизнеобеспечения водолаза, в другую — организующие окружающую его среду и в третью — обеспечивающие выполнение работы.

Агрегаты и устройства жизнеобеспечения водолаза делятся в, свою очередь, на дыхательную аппаратуру, создающую газовую среду, пригодную для дыхания на данной глубине и под соответствующим давлением, и гидрокомбинезоны, обеспечивающие сохранение необходимого теплового режима тела водолаза и дыхательной смеси.

Современная тенденция развития этой отрасли техники заключается в том, что дыхательная аппаратура и теплозащитное снаряжение решаются как единое взаимосвязанное техническое устройство.

Дыхательные аппараты. Водолазные дыхательные аппараты стабилизируют состав дыхательной смеси, поддерживают концентрацию ее компонентов (расходуемого кислорода и накапливаемых углекислого газа и вредных примесей) в определенных пределах и подают водолазу в должном объеме и под давлением, равным давлению окружающей воды.

По способу стабилизации состава смеси дыхательные аппараты делятся на три класса: аппараты с открытым, полузамкнутым и замкнутым дыхательными циклами.

Открытый цикл, самый простой, заключается в непрерывной подаче водолазу свежей дыхательной смеси и удалении из аппарата отработанной. При этом соотношение количества подаваемой и выпускаемой в воду смеси рассчитано таким образом, чтобы суммарная концентрация углекислого газа в дыхательном тракте аппарата не превышала 980 Па (0,01 кгс/см2) парциального давления. Поскольку скорости накопления углекислого газа и расходования кислорода близки, одновременно со стабилизацией содержания в смеси углекислого газа стабилизируется и содержание кислорода. Расчет показывает, что в этом режиме стабилизации при нормальном атмосферном давлении через дыхательный тракт аппарата при выполнении водолазом работы средней тяжести проходит в среднем 30 л/мин дыхательной смеси, причем на каждые последующие 10 м глубины погружения к этому количеству газа прибавляется столько же. Столь высокий расход дыхательной смеси обусловливает промышленное применение в дыхательных аппаратах открытого цикла в качестве дыхательной смеси только сжатого воздуха.

С увеличением глубины погружения водолазов применяют искусственные дыхательные смеси с пониженным процентным содержанием кислорода и заменяют азот на гелий. Такие смеси достаточно дороги, применение их в аппаратах открытого цикла неэкономично, что и стало одной из причин появления дыхательных аппаратов полузамкнутого цикла. В дыхательный тракт этих аппаратов подается свежая газовая смесь для пополнения расходуемого кислорода. Накапливающийся при этом углекислый газ удаляется специальным химическим поглотителем. Дыхательная смесь в аппарате полузамкнутого цикла циркулирует по контуру «легкие водолаза — патрон химического поглотителя — дыхательный мешок — легкие водолаза». Поскольку смесь состоит из кислорода и инертной компоненты, а расходуется при дыхании лишь кислород, то накапливающиеся в тракте аппарата излишки дыхательной смеси периодически стравливаются в воду. Расход дыхательной смеси при работе аппарата полузамкнутого цикла почти в десять раз меньше, чем при использовании на той же глубине аппарата открытого цикла, что дало возможность широкого промышленного использования дыхательных аппаратов полузамкнутого цикла на глубинах 200—250 м.

Однако на столь больших глубинах даже частичная потеря смеси из дыхательного тракта аппарата полузамкнутого цикла нежелательна. Это, в свою очередь, стало причиной разработки и внедрения в практику водолазных работ дыхательных аппаратов замкнутого цикла дыхания, в которых дыхательная смесь циркулирует по контуру «легкие водолаза — блок регенерации дыхательной смеси — легкие водолаза». В отличие от аппарата полузамкнутого цикла в данном случае в дыхательный тракт аппарата подается чистый кислород в количестве, необходимом для поддержании его концентрации в допустимых пределах. Аппараты этого типа практически не расходуют дыхательную смесь (особенно ее инертную компоненту), поэтому стало возможным создание автономных аппаратов, продолжительность работы которых мало зависит от глубины погружения и может достигать 6 ч на глубинах свыше 300 м.

Дыхательные аппараты всех трех классов могут иметь два вида исполнения: автономное и шланговое. В автономном варианте дыхательная смесь в сжатом виде запасена в баллонах аппарата, и связи с поверхностью или иным внешним источником дыхательной смеси аппарат не имеет. Шланговые дыхательные аппараты получают дыхательную смесь по шлангу от внешнего источника: с поверхности, из водолазного колокола, подводного аппарата и пр. В баллонах дыхательного аппарата хранится лишь аварийный запас газовой смеси.

В практике водолазного обеспечения нефтепромыслов в зависимости от характера выполняемой работы, ее объема и глубины погружения используются те или иные типы дыхательной аппаратуры.

При выполнении небольшого объема работ на малых глубинах (30—40 м) применяют дыхательные аппараты открытого цикла на сжатом воздухе в автономном или чаще шланговом варианте. Это простые по устройству и надежные в эксплуатации дыхательные аппараты, общее число различных типов которых исчисляется десятками. В профессиональных целях используют, как правило, двухбаллонные аппараты с объемом каждого баллона до 11 л, рабочим давлением воздуха в баллонах до 19,6 МПа (200 кгс/см2), сопротивлением дыханию 98,01—490,3 Па (10—50 мм вод. ст.), массой до 30 кг, работающие как в автономном, так и в шланговом вариантах. Основные направления совершенствования этих дыхательных аппаратов — увеличение рабочего давления воздуха в баллонах и снижение сопротивления дыханию.

Рис. 17. Схема циркуляции дыхательной смеси
1 — регулирующий вентиль; 2 — аварийный запорный клапан; 3 — регулирующий клапан 4 — невозвратный клапан; 5 — ресивер; 6 — регулирующий клапан; 7 — блок очистки дыхательной смеси от углекислого газа; 8 — вентиль подачи кислорода; 9 — датчик содержания в смеси кислорода; 10 — палубный источник дыхательной смеси на судне-носителе; 11 — баллон со сжатым кислородом; 12— компрессор; 13 —откачивающий насос; 14 — заборник дыхательной смеси; 15 — вла-гоотделитель; 16 — подогреватель дыхательной смеси; 17 — приемный баллон; 18 — блок сбора конденсата; 19 — аварийный запас дыхательной смеси; 20 — подогреватель смеси, вдыхаемой водолазом

Рис. 18. Схема циркуляции дыхательной смеси при регенерации ее в водолазном колоколе фирмы «Тейлор дай-винг энд селведж компани»;

Значительный объем водолазных работ на малых глубинах, однако, водолазы до сих пор выполняют в вентилируемом водолазном снаряжении с подачей воздуха с поверхности. Это наиболее старый тип снаряжения — прогресс в течение десятилетий практически не касался его. Вентилируемое водолазное снаряжение, находящееся в эксплуатации во многих странах, в общем одинаково: во всех типах этого снаряжения имеется медный или латунный объемный шлем с иллюминаторами, клапанами подачи и отвода воздуха, кабельным вводом и фланцем для герметичного соединения шлема с резинотканевой многослойной водонепроницаемой рубахой. Примером подобного снаряжения, используемого в нашей стране, может служить трехболтовое водолазное снаряжение, состоящее из шлема УВС-50 с манишкой и водолазной рубахи ВРЭ-3 общей массой 80 кг и рабочей глубиной до 60 м, и 12-болтовое водолазное снаряжение, состоящее из шлема Ш-12 с манишкой и водолазной рубахи ВР-12 общей массой 85 кг и рабочей глубиной до 25 м.

В последние годы создано несколько типов усовершенствованного вентилируемого снаряжения, имеющего жесткие объемные шлемы из стеклопластика и облегченные водонепроницаемые рубахи из синтетических материалов. Подключив к такому снаряжению дополнительные блоки, можно увеличить глубину погружения водолаза с 50—60 м при дыхании воздухом до 100 м и выше при дыхании гелиокислородными смесями.

Увеличение рабочих глубин погружения водолазов и, особенно, использование на подводно-технических работах водолазных колоколов и гелиокислородных дыхательных смесей привело к появлению нескольких типов глубоководных шланговых дыхательных аппаратов замкнутого дыхательного цикла. Дыхательная смесь в этих аппаратах подается водолазу из водолазного колокола по шлангу. Отработанная дыхательная смесь из аппарата по второму шлангу возвращается в колокол для очистки и обогащения кислородом перед повторным использованием. Контроль за составом дыхательной смеси осуществляется на борту колокола.

В водолазной практике внедрены два основных принципа конструктивного решения систем замкнутого дыхательного цикла. По одному варианту (рис. 17), используемому фирмой «Дрегер», отработанная дыхательная смесь от водолаза через внутренний объем колокола отводится по шлангу на поверхность. Здесь смесь очищается, в ней пополняется запас израсходованного кислорода и подготовленная для повторного использования дыхательная смесь компрессором по шлангу подается в колокол и водолазу. Достоинство этой системы заключается в том, что для обработки дыхательной смеси из водолазного колокола и дыхательного аппарата водолаза, а также для контроля за ее составом используется бортовое оборудование судна-носителя. Однако эта система имеет и недостатки: для подачи свежей дыхательной смеси в колокол и отбора отработанной приходится использовать два шланга, и по крайней мере одна из этих линий (линия отбора смеси из колокола) низконапорная, требующая применения шланга больших диаметров.

Второй вариант системы (рис. 18), запатентованной и использующейся фирмой «Тейлор дайвинг энд селведж компани», предусматривает обработку дыхательной смеси непосредственно в водолазном колоколе. Эта система работает следующим образом.

В водолазном колоколе установлен блок очистки и подогрева дыхательной смеси, снабженный электрическим вентилятором, обеспечивающим циркуляцию дыхательной смеси колокола через блок очистки и подогрева. Дыхательная смесь засасывается из водолазного колокола компрессором через заборник и ресивер регулирующий клапан, по забортному шлангу поступает в подогреватель и через обратный и регулирующий клапаны попадает к водолазу в подшлемное пространство.

Выдохнутая водолазом дыхательная смесь через аварийный запорный клапан и регулирующий вентиль по шлангу отсасывается в водолазный колокол. Пройдя через влагоотделитель, смесь поступает в приемный баллон, при этом вода из влагоотделителя стекает в накопительный водяной бак. В приемном баллоне с помощью откачивающего газового насоса (депрессора) поддерживается давление, несколько меньшее, чем давление окружающей водолаза воды. Из депрессора дыхательная смесь через подогреватель подается в блок очистки от углекислого газа и затем, уже осушенная, подогретая и очищенная, выбрасывается в водолазный колокол.

Обогрев водолаза. Охлаждение тела водолаза, работающего под водой, происходит в результате потери тепла через кожные покровы и при дыхании, поэтому для его обогрева применяют как гидрокомбинезоны, так и подогреватели дыхательной смеси.

Необходимое тепло получают путем разогрева специальных элементов в гидрокомбинезоне подаваемым по кабелю электрическим током или прокачки горячей воды под скафандром водолаза. Практика водолазных работ показывает, что обогрев водолазов, особенно на больших глубинах, преимущественно производят горячей водой. Наиболее удачные конструкции водообогреваемых скафандров созданы американской фирмой «Дайвинг анлимитед инкорпорейтид».

Таблица 6
Технические характеристики блоков подогрева воды фирмы «Дайвинг анлимитед инкорпорейтид»

Таблица 7
Технические характеристики напорных шлангов подачи воды в колокол и водолазу

В комплект водообогреваемого скафандра фирмы «Дайвинг анлимитед инкорпорейтид» входят надводный блок подогрева воды (табл. 6), шланги подачи горячей воды в водолазный колокол и водолазу, гидрокомбинезон, обогреваемый водой, и подогреватель дыхательной смеси.

Блоки подогрева воды устанавливают на палубе судна-носителя. Фирма выпускает несколько типов подогревателей различной теплопроизводительности, использующих в качестве источника энергии жидкое топливо, пар от общесудовой паровой системы и электроэнергию. Промежуточным теплоносителем в блоках обогрева является пресная вода, рабочим расходным теплоагентом — морская вода.

Для подачи горячей воды с поверхности в колокол или скафандр водолаза фирма предлагает пять типов водонапорных рукавов. Шланги фирмы (табл. 7) несут меньшие теплопотери по сравнению со стандартными шлангами, выпускаемыми промышленностью для других целей.

Водообогреваемые гидрокомбинезоны фирмы, имеющие четыре модификации, предназначены для работы на различных глубинах. Самым простым и дешевым является гидрокомбинезон «ЭКОНО сьюит», используемый на глубине до 30 м. Он имеет один вентиль регулирования расхода теплоносителя и однопоточную схему распределения горячей воды по комбинезону.

Гидрокомбинезоны типа «Индастриал дайвер сьюит» рассчитаны на рабочие глубины свыше 300 м. Эти комбинезоны широко использовались при практических подводно-технических работах в море на глубинах до 326 м при температуре воды 1,7 °С.

Пеленгаторы, используемые водолазами, представляют собой приемники со сжатой диаграммой направленности при приеме. Пеленгатор ловит сигналы гидроакустического маяка, а водолаз, поворачивая прибор, добивается максимальной громкости сигнала, при которой ось антенны приемника указывает на маяк, а картушка установленного на приборе компаса — пеленг.

В локаторах в отличие от пеленгаторов в одном корпусе объединены и приемник-пеленгатор, и излучатель гидроакустических ультразвуковых сигналов. Передатчик-излучатель посылает зондирующий пространство перед локатором сигнал, а пеленгатор ловит отраженное от препятствий эхо. По интенсивности отраженного сигнала, времени его запаздывания и положению оси приемопередающей антенны можно судить о расстоянии до объекта и направлении движения.

В последние годы наметилась тенденция объединения в одном устройстве переговорных и локационных систем. Среди многочисленных образцов подобных устройств заслуживает особого внимания система связи СД-1, выпущенная японской фирмой «Шимида физикл энд кемикл индастри лимитед». Основной особенностью системы является ее многофункциональность. В комплект системы связи СД-1 входят два водолазных блока со специальной маской и блок судна обеспечения. Система может работать в одном из режимов: обеспечение двусторонней телефонной связи; обеспечение двусторонней телеграфной связи; наведение на ультразвуковой маяк; работа в качестве маяка.

Рабочая глубина погружения системы (водолазных блоков) до 250 м, дальность связи до 500 м, несущая частота ультразвукового сигнала 52 кГц.

В водолазный комплект входят два раздельных блока: приемник и передатчик. Каждый блок имеет массу на воздухе 1,0 кг и размеры 140 X 44 X 93 см. Потребляемая передатчиком мощность составляет 0,3 Вт, время работы до 1 ч; потребляемая приемником мощность составляет 0,8 Вт, время работы приемника без перезарядки батарей 3 ч.

Блок передачи может быть переключен водолазом вручную в режимы передачи речи, передачи телеграфным кодом и в режим маяка. Блок приема может работать как всенаправленный приемник ультразвуковых сигналов и как пеленгатор. В последнем случае его диаграмма направленности составляет 40°.

Судовой блок имеет размеры 204 X 204 X 170 мм и массу 5,5 кг (включая встроенную батарею питания). Время автономной работы блока до 2 ч.

К системам ориентации относятся также специальные подводные светильники. Малая прозрачность воды приводит к тому, что дальность видения под водой составляет максимум 20—30 м. Свет, проникающий в воду с поверхности, поглощается ею, и на глубинах более, а иногда и менее 100 м под водой царит мрак. В этих условиях водолазам приходится использовать специальные подводные светильники.

В настоящее время существуют стационарные и переносные светильники общего света, ручные фонари и аварийные сигнальные светильники.

Светильники общего света устанавливают на колоколах для освещения подходов в водолазной шахте и примыкающей к колоколу толщи воды, а также на объектах работ. Эти светильники, обычно имеют мощность около 1 кВт, подачу электроэнергии к ним производят по кабелю с поверхности.

Ручные автономные светильники водолазы используют на необорудованных объектах и в качестве аварийных при отказе систем основного питания стационарных светильников. Аварийные сигнальные светильники применяют при поиске всплывшего на поверхность водолаза и в качестве световых маяков.

Механизация труда водолазов. При организации подводного обеспечения морского нефтепромысла особое внимание уделяют эффективности работы водолаза, так как каждая минута пребывания водолаза на дне и простоя бурового или нефтедобывающего оборудования обходится в огромные суммы. Эффективность труда под водой непосредственно определяется уровнем механизации работы на всех этапах, начиная от транспортировки водолаза к месту работ, выявления повреждений с передачей информации на поверхность и кончая собственно выполнением работ.

Транспортировку водолазов под водой на малых глубинах на большие расстояния осуществляют с помощью специализированных подводных аппаратов «мокрого» типа, экипаж которых находится в водной среде под давлением воды на рабочем горизонте. Кроме транспортировки водолазов вспомогательные подводные ап

«Тотал саб» имеет следующие основные характеристики: длину 6,15 м, ширину 2,25 м, высоту 1,7 м, массу в воздухе с балластом 5,2 т, максимальную глубину погружения 60 м, скорость до 5 уз, экипаж до 5 чел., автономность (по запасу воздуха для дыхания экипажа) 9 ч.

Однако поиск объекта и транспортировка к нему водолаза — лишь начальная фаза подводно-технических работ. Основная деятельность водолаза начинается после его прибытия к объекту.

Значительную долю от общего объема выполняемых водолазами работ составляет визуальный осмотр объектов под водой, в частности профилактический осмотр подводных частей свайных опор и эстакад, а также оборудования.

Результаты осмотра подводных объектов фиксируют на пленке фото-, кино- и телевизионные установки. Опыт эксплуатации этой аппаратуры показал, что, хотя фототехника проще в обслуживании и менее дорога, телевизионная видеозапись, передаваемая на поверхность, более информативна и гибка и, в конечном итоге, более эффективна. Это обусловлено тем, что подводная телевизионная камера передает изображение непосредственно на экран палубного видеоконтрольного устройства и на видеозапись. Специалисты, наблюдающие изображение объекта на экране, могут сразу внести коррективы в действия водолаза, управляющего камерой, задержать изображение на экране, изменить его масштаб или ракурс.

В результате развития телевизионной техники оказалось возможным создать передающие подвод-, ные камеры такого малого размера, что их монтируют на водола зном шлеме (рис. 19).

Инспекция подводных металлоконструкций заключается в выявлении

скрытых в толще металла дефектов: проникающей коррозии, трещин в сварных швах и основном металле. Для этой цели водолазы используют целый ряд приборов неразру-шающего контроля. Это, во-первых, ультразвуковые толщиномеры-дефектоскопы, позволяющие определить толщину металла, а тем самым степень коррозии, и выявить трещины в сварных швах. Ультразвуковые дефектоскопы состоят из собственно прибора и блока, в котором смонтированы излучатель и приемник ультразвуковых сигналов. Блок укрепляют на очищенной от коррозии и старой краски поверхности металла и производят замер. Наряду с ультразвуковыми используют также и магнитные дефектоскопы, с помощью которых ищут главным образом трещины и разрывы в основном металле и сварных швах.

Опыт профилактического обслуживания нефтяного оборудования в бассейне Северного моря показал, что неразрушающий контроль за состоянием подводных объектов — одно из важнейших средств предотвращения аварии свайных оснований и эстакад. Поэтому инспекция Регистра Ллойда, ответственная за контроль технического состояния платформ и свайных сооружений в Северном море, специально обучила ряд своих инспекторов водолазному делу с тем, чтобы они лично, как полномочные представители Регистра Ллойда, могли следить за состоянием подведомственных им объектов.

Рис. 19. Подводная передающая телевизионная камера фирмы «Хайдро продактс» на водолазном шлеме

Задачей водолазов-инспекторов является также проверка наличия и состояния цинковых протекторов, измерение с помощью приборов электрохимического потенциала воды, уровня защитного поля во всех частях металлоконструкции.

Рис. 20. Подводный электро-гидравлический энергоблок фирмы КОМЕКС.
1 — корпус двигателя; 2 — электродвигатель; 3 — муфта; 4 — гидронасос ; 5 — рама; 6 — сливная емкость; 7 — манометр; 8 — фильтр

Вслед за осмотром и выявлением неисправностей оборудования перед водолазами встает задача ремонта, т. е. выполнения определенных обычных в наземных условиях и весьма сложных под водой операций (например, резка и сварка металла, замена агрегатов, монтаж блоков и агрегатов).

Весьма удачна конструкция подводного энергоблока (рис. 20), используемого фирмой КОМЕ КС и представляющего собой вертикальный цилиндр, смонтированный в трубчатой раме. Высота энергоблока в собранном виде 1,12 м, диаметр корпуса около 400 мм, масса на воздухе 300 кг, рабочая глубина 450 м. Выходная мощность энергоблока 9,2 кВт при расходе гидросмеси 40 л/мин и давлении 9,80 МПа (100 кгс/см2). В качестве привода насоса использован трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором напряжением 380/440 В, частотой вращения 25—30 с-1, имеющий наружный диаметр 250 мм. Двигатель получает электроэнергию с поверхности по кабелю через установленный на судне обеспечения командный блок. Подачу гидросмеси в гидромоторы ручного инструмента и слив отработавшей жидкости производят через двухпоточный коаксиальный гибкий шланг длиной от 5 до 25 м.

Обе насосные станции обеспечивают работу инструмента непрерывного продолжительного действия (ударные гайковерты, ленточные цепные и дисковые пилы, абразивные круги, сверлильные машинки, в том числе керноотборники, буры и пр.).

В комплект инструмента насосной станции, в частности, «Нав-шипс» входят два ударных гайковерта с размером ведущих головок 15Х 15 мм и 19Х 19 мм, причем последний может обрабатывать гайки с размером под ключ 38 мм.

Как правило, ударные гайковерты используют как сверлильные машинки. Ударный, импульсный характер усилия гидромотора на исполнительный элемент (в данном случае сверло) резко снижает момент реакции дрели и облегчает работу водолаза.

В водолазной практике широко применяют подводные абразивные зачистные и обрезные круги. Следует отметить, что увеличение диаметра абразивного круга свыше 175 мм настолько повышает гидродинамическое сопротивление воды, что его использование становится нецелесообразным.

Для резки дерева, металлоконструкций, тросов и кабелей под водой используют цепные ленточные и дисковые пилы. Одна из подобных ленточных пил имеет длину 48,3 см и высоту 30,5 см. Ее режущая часть — кольцо с длиной окружности 114 см. Оно натянуто на двух роликах диаметром 15,25 см каждый, один из которых приводится во вращение гидромотором. Пила перерезает кабель диаметром около 90 мм за 1 мин.

Американские водолазы используют также механизированный ручной инструмент периодического действия. В комплект входят ручной подводной гидронасос высокого давления до 41,18 МПа (420 кгс/см2) и малого расхода, тросоруб для тросов диаметром до 28 мм, инструмент для обрубания стальных арматурных прутьев диаметром до 16 мм, гидроусилители и домкраты для вертикального и горизонтального перемещения грузов массой до 5 т.

Арсенал ручного механизированного инструмента постоянно пополняется. В настоящее время создан на основе водяного насоса с гидромотором водолазный гидромонитор-грунтосос, имеющий производительность 1,5 м3/мин. Гидромонитор, с помощью которого водолаз может осуществить ручную подмывку объектов, лежащих на рыхлом дне, имеет Т-образное сопло, обеспечивающее высокую эффективность устройства.

Опубликовано:
4.04.12


Категория -

     

© Ilovediving.ru