Конструктивные особенности водолазного колокола и технология его использования в целях обеспечения безопасности спусков водолазов-глубоководников

Проблема изучения и освоения Мирового океана в настоящее время приобрела глобальный характер. Океанология, геология, изучение и освоение промыслов животного и растительного мира океана, разведка и разработка месторождений нефти и газа, других полезных ископаемых, контроль над загрязнением морей и океановаварийно-спасательные работы, поиск, классификация и подъем затонувших объектов и многое другое — далеко не полный перечень задач, которые в настоящее время решаются как для пополнения знаний человечества в теоретическом плане, так и в практическом использовании богатств морей и океанов, прибрежных и шельфовых зон.

Все это послужило принятию в нашей стране Национальной морской политики, изложенной в морской доктрине Российской Федерации на период до 2020 г., которая утверждена президентом Российской Федерации от 27 июля 2001 г. Пр-1387.

Эффективность использования технических средств освоения и изучения Мирового океана во многом зависит от их возможностей, средств доставки в район использования, средств базирования, средств гидроакустической связи и др. Несмотря на получившее мощный толчок в последнее время, развитие и строительство обитаемых и необитаемых, автономных, буксируемых подводных аппаратов (ПА), использование водолазов-глубоководников для практических работ в море достаточно продуктивный экономичный способ решения задач по освоению континентального шельфа. Это обстоятельство позволяет занять глубоководному водолазному делу прочное место в комплексе работ по освоению океана, а также обеспечивает его непрерывное развитие и совершенствование в области достижения больших глубин и рационального ведения подводных работ. В связи с этим, в мире в последнее время было спроектировано и построено несколько сот глубоководных водолазных комплексов (ГВК), где водолазный колокол (ВК) и его спускоподъемное устройство (СПУ) занимает одно из ведущих мест. Проблемы, связанные с проектированием водолазных колоколов и их спускоподъемных устройств, в настоящее время в нашей стране еще не полностью решены, а конструктивные решения как отдельных элементов, так и всего ВК и СПУ в целом характеризуется значительной разнообразностью и сложностью. Методы расчета и проектирования элементов ВК и СПУ в целом отличаются комплексностью и необходимостью привлечения результатов теории корабля, гидродинамики, теории машин и механизмов, приборостроения, грузоподъемных сооружений и автоматики.

В Российской науке и практике в создании глубоководной техники видное место занимают труды ученых, водолазных специалистов, инженеров и врачей — специфизиологов. В их числе: В. М. Пашин, И. Д. Спасский, А. Ф. Маурер, С. Е. Буленков, А. Ф. Кобзарь, Н. А. Клименко, П. Н. Никольский, П. А. Максимихин, И. О. Цветайло, П. М. Грицай, В. А. Вишняков, А. И. Фигичев, ГБ. Березин, В. П. Журавлев, В. Н. Реммер, Ю. Е. Ильяш, Б. В. Капустин, Г. И. Беленицин, Л. В. Нежмаков, П. А. Боровиков, А. Г. Клепацкий, Л. М. Солодков, А. Г. Храмов, В. С. Сластен, Л. А. Орбели, Е. М. Крепс, К. А. Павловский, М. П. Бресткин, З. С. Гусинский, И. А. Александров, Н. Т. Коваль, В. В. Смолин, В. А. Гриневич, Г. М. Соколов, И. И. Афанасьев, В. В. Семко, А. ИЛисовский, В. И. Ремизов, Л. Г. Медведев, Б. А. Нессирио, В. И. Советов, Б. Н. Павлов, А. И. Дмитрук.

Актуальность работы. В последнее десятилетие в нашей стране резко сократились возможности проведения глубоководных водолазных работ, в связи с тем, что водолазная глубоководная техника к началу 90-х годов выработала свой эксплуатационный ресурс, а разработка и изготовление новых образцов прекратилась из-за отсутствия финансирования. Ключевой составляющей успешного проведения глубоководных водолазных спусков являются наличие специальных судов, оснащенных современной глубоководной водолазной техникой, и, что не менее важно наличие средств и методов обеспечения безопасности водолазных спусков.

Интенсивное развитие водолазной техники за рубежом с середины 70-х по середину 90-х годов прошлого века было вызвано широким размахом добычи полезных ископаемых (особенно газа и нефти) на морском континентальном шельфе, т. е. на глубинах до 400−500 м. В этот период усилия, главным образом, были направлены на увеличение глубины водолазных погружений и развития глубоководной техники в виде судовых водолазных комплексов и телеуправляемых или обитаемых подводных аппаратов.

Анализ отечественного опыта по разработке судовых глубоководных водолазных комплексов показал, что такие комплексы разрабатывались в единичных экземплярах: для судна «Свияга» Миннефтегазпрома СССР (ГВК «Акванавт» на рабочую глубину 300 метров), а по заказу ВМФ разрабатывался ГВК — 500 для спасательного судна пр. 543 (окончание работ в 1993 г.). Работы по нему прекратились из-за отсутствия источника финансирования. ГВК «Акванавт» спроектирован неудачно и с 1985 г. до настоящего времени не прошел приемочных испытаний. О работоспособности ГВК-500 говорить преждевременно. Однако общей отрицательной чертой его, по сравнению с «зарубежными аналогами, как и у ГВК «Акванавт», является громоздкость, большие массы (в 1,4−1,6 раза больше в сравнении с зарубежными образцами), габариты пультов управления, арматуры и приборов, более низкая точность поддержания заданных параметров дыхательной газовой среды, а также нерешенность вопроса о создании единой кабель-шланговой связки водолазного колокола, отсутствие системы возврата и очистки гелия, создания самоходного гипербарического спасательного катера и др.

События последнего времени, гибель АЛЛ «Курск» и отсутствие должного аварийно-спасательного обеспечения по оказанию помощи ее экипажу, подтвердили актуальность и высокую значимость исследований по созданию новой водолазной техники в нашей стране.

Новизна работы состоит в решении научной задачи, связанной с разработкой конструктивных особенностей водолазных колоколов, (приборов и технических устройств, размещаемых в ВК), СПУ как одной из основных частей ГВК, с созданием технологии безопасности проведения глубоководных водолазных спусковразработке конкретных предложений по улучшению существующих основных параметров ВК, что позволит обеспечить конкурентоспособность новой водолазной техники, проектируемой и изготавливаемой в России с рабочей глубиной до 450 метров.

Зарубежная специальная литература рассматривает проблему создания водолазной техники для проведения глубоководных подводно-технических работ по обеспечению добычи нефти на континентальном шельфе с позиции безопасности, эффективности и целесообразности проведения, а также технологии их выполнения, в основном, на коммерческой основе.

Российские разработки в области создания новой водолазной техники, используемой для глубоководных подводно-технических работ, в последние 10−12 лет из-за отсутствия финансирования, практически прекратились. Срок действия последнего нормативного документа (РД 39.121.92) для народного хозяйства, по проведению глубоководных водолазных спусков, истек в 1998 г.

Научно-исследовательские институты занимающиеся проблемами освоения океана, сузили тематику исследования по созданию глубоководных водолазных систем. В основном исследования проводятся в береговых условиях без испытаний в море, поэтому российская глубоководная водолазная техника стала значительно уступать зарубежным образцам. Исследования и публикации последних лет по данной проблеме сводятся к решению задач проведения водолазных работ на малых и средних глубинах и их технического обеспечения.

Анализируя отечественные и зарубежные литературные источники, нормативные и руководящие материалы, используя практические данные, автор полагает, что для аварийно-спасательного обеспечения подводных сил ВМФ в их повседневной деятельности, а также обслуживанию морских нефтепромыслов, необходимо дальнейшее совершенствование водолазной техники, создания на основе этих исследований новых образцов, не уступающих зарубежным аналогам, а по некоторым параметрам и превышающим зарубежные аналоги. Автор считает необходимым данное исследование.

Цель предлагаемого исследования заключается в решении задач по обеспечению безопасности проведения глубоководных водолазных работ с использованием ВК. Конечной целью исследования является:

• анализ отечественного и мирового опыта по созданию ВК (приборов и устройств, размещаемых в ВК), спускоподъемных устройств (СПУ);

• математическое моделирование для расчета нагрузок, обусловленных волнением моря, в упругих связях (канатах СПУ);

• выработка основных технических требований, предъявляемых к конструкции ВК, а также приборам и техническим устройствам, размещаемым в В К, в соответствии с международными стандартами;

• внедрение современных технологий в разработку технических средств обеспечения безопасности глубоководных спусков для проведения подводно-технических работ.

Объектом исследования является водолазный колокол, приборы и технические устройства, размещаемые в ВК, спускоподъемное устройство ВК, как основные части глубоководного водолазного комплекса.

Предметом исследования являются конструктивные особенности водолазного колокола и технология его использования в целях обеспечения безопасности и эффективности спусков водолазов-глубоководников с рабочей глубиной до 450 метров, в соответствии с требованиями. Регистра морского судоходства и Международных правил.

Методы исследования выбраны с учетом специфики решаемых задач, в области создания новой водолазной техники и совершенствования технологии производства глубоководных подводно-технических работ, на основе информационных технологий и системного анализа.

Предлагаемые автором исследования, методы и способы решения научно-технических задач, при оснащении ВК контрольно-измерительными приборами для поддержания заданных параметров газовой среды и микроклимата, могут быть отнесены к методологии решения задач по обеспечению жизнедеятельности водолазов-глубоководников, в технологии проведения глубоководных водолазных спусков.

При работе над диссертацией использованы проектно-конструкторская и эксплуатационная документация отечественных и зарубежных ГВК различных судов и плавсредств, требования Регистра СССР и Регистра морского судоходства Российской Федерации, Международной морской организации IMO, действующих в ВМФ и народном хозяйстве, руководящих и нормативных документов по проведению глубоководных спусков и их медицинскому обеспечению, а также материалы приемно-сдаточных испытаний и опытной эксплуатации отечественных и зарубежных ГВК.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка литературы, приложений.

Диссертация построена с учетом предлагаемого исследования на основе опыта создания водолазных колоколов, в т. ч. отечественных и зарубежных.

Предлагается концепция развития водолазных колоколов как основной части глубоководного водолазного комплекса (ГВК).

Далее предлагаются методы по обеспечению безопасности глубоководных водолазных спусков с использованием технических средств доставки водолазов-глубоководников.

Автором разработаны:

• основные технические требования, предъявляемые к конструкции ВК (приборам и техническим устройствам, размещаемым ВК), в соответствии с международными стандартами, с рабочей глубиной до 450 метров, соответствующих международному уровню;

• рекомендации по оснащению водолазных колоколов контрольно-измерительными приборами и техническими устройствами для поддержания заданных параметров газовой среды и микроклимата;

• технические требования к спускоподъемным устройствам водолазных колоколов;

• технология работы водолазов-глубоководников с использованием ВК;

• система аварийного обеспечения ВК и порядок действий водолазов-глубоководников;

• методика по обеспечению безопасности при проведении водолазных спусков методом КП и ДП;

В заключительной части исследования сформулированы выводы и результаты проведенного исследования. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение, что подтверждается актами внедрения.

6. Результаты исследования нашли практическое применение в различных направлениях, что подтверждается актами внедрения.

Заключение

.

В процессе исследований по теме получены следующие научные результаты:

1. Дана комплексная оценка средствам доставки водолазов как составной части глубоководных водолазных комплексов и на основании этого определены направления совершенствования ВК.

2. Разработана математическая модель для расчета нагрузок под воздействием стационарного случайного возмущения, обусловленного волнением моря, в упругих связях (канатах) СПУ.

3. Разработаны технические требования к спускоподъемным устройствам ВК, что позволяет осуществлять подводный прием ВК, производить спуско-подъемные операции в экстремальных условиях при волнении моря до 7−8 баллов.

4. Исследованы устройства и конструкции отечественных и зарубежных образцов ВК, выработаны основные технические требования к ВК, в соответствии с международными стандартами, с рабочей глубиной до 450 метров, соответствующих международному уровню. Это позволит применять более экономичный метод длительного пребывания (ДП) для повышения эффективности подводно-технических работ.

5. Разработаны методические рекомендации по оснащению ГВК контрольно-измерительными приборами и техническими устройствами для поддержания заданных параметров газовой среды и микроклимата, что дает возможность на всем продолжении глубоководного спуска контролировать и поддерживать параметры газовой среды и микроклимата,.

6. Предложены высокие технологии по обеспечению безопасности глубоководных спусков с использованием ВК, для проведения подводно-технических и аварийно-спасательных работ, что значительно повышает защиту водолазов-глубоководников в экстремальных * условиях гипербарической среды и позволяет проводить подводные работы с высокой эффективностью.

7. Разработана система аварийного обеспечения в ВК и методика действий водолазов-глубоководников при возникновении аварийных ситуаций.

8. Предложена методика по конкретным действиям персонала в случае возникновения аварийных ситуаций при производстве глубоководных водолазных работ.

9. Определен состав внутреннего оборудования ВК и обоснованы требования к его размещению.

10. Предложена технология применения водяного обогрева ВК и водолазов, что позволяет осуществлять водолазные работы без переохлаждения, в комфортных условиях с температурой окружающей воды до —2°, в течении 4−5 часов и более.

11. Предложена конструкция ВК, которая обеспечивает самостоятельное аварийное всплытие (в 2-х вариантах) и нахождение водолазов в колоколе до 24″ часов, в случае возникновения аварий с невозможностью подъема ВК на поверхность.

12. Предложена система очистки газовой среды внутри ВК от диоксида углерода и дополнительной подачи кислорода на всем протяжении спуска.

13. Предложена технология системы дыхания водолазов, при нахождении их в воде, по замкнутой схеме, что обеспечивает экономию используемого дорогостоящего гелия до 90%.

14. Предложенная конструкция ВК дает возможность осуществлять спуски без давления внутри колокола в режиме наблюдательной камеры, что весьма важно для выбора технологии проведения подводно-технических работ.

Таким образом, выполненные в настоящей диссертационной работе теоретические исследования и практическое внедрение результатов, позволяют производить расчеты основных параметров при проектировании водолазных колоколов, приборов 4−5 поколения, технических устройств, размещаемых в ВК и спускоподъемных устройств ГВК, что соответствует п. 8 Инструкции ВАК.