Водолазный колокол

<час />

Фон

Коммерческие водолазы, занимающиеся подводным строительством или спасанием, часто используют водолазный колокол для транспортировки на подводный объект. Использование водолазного колокола (также известного как персональная переносная капсула, PTC) и барокамеры увеличивает время, в течение которого дайвер может безопасно находиться под водой. Водолазные колокола были известны еще в <малом> IV веке до нашей эры. , когда их наблюдал древнегреческий философ Аристотель. Более сложные водолазные колокола были изобретены в семнадцатом веке. Современные колокола для коммерческого дайвинга были разработаны после Второй мировой войны, с развитием морской нефтяной промышленности.

Коммерческий дайвинг (платный дайвинг) делится на два основных типа:погружение с поверхности и погружение с насыщением. При погружении с поверхности водолазы в шлемах работают под водой, подключенные к дыхательному аппарату на берегу или на борту корабля, баржи или платформы. Обычно дайверы работают парами, один под водой, а другой на поверхности, обслуживая шланги и оборудование. Водолазы, ориентированные на поверхность, могут безопасно работать на глубине до 300 футов (91,5 м), но дайверы могут проводить под водой лишь ограниченное количество времени. Воздействие давления воды может привести к декомпрессионной болезни. Под давлением азот собирается в тканях тела дайвера, блокируя артерии и вены. Если ныряльщик поднимается слишком быстро, азот образует пузырьки в тканях, что-то вроде пузырей в бутылке из-под газировки, когда она открыта. Пузырьки газа в тканях вызывают боль, паралич или смерть. После глубокого погружения дайверу необходимо постепенно декомпрессировать, очень медленно возвращаясь к поверхностному давлению, чтобы избежать декомпрессионной болезни. Время декомпрессии зависит от глубины и продолжительности погружения. При глубоком погружении всего на один час время декомпрессии может занять несколько дней. Подводное плавание с поверхности практично только для небольших работ.

Второй тип коммерческого дайвинга, насыщенный дайвинг, больше подходит для крупных строительных проектов. При погружении с насыщением дайверы используют герметичную камеру, иногда известную как Deep Diving System (DDS), прикрепленную к водолазному колоколу. Камера и колокол начинаются на борту корабля. Команда водолазов садится в камеру, в которой затем создается механическое давление для имитации окружающей среды на глубине запланированного погружения. Камера представляет собой полноценную жилую среду, оборудованную кроватями, душем и мебелью, и способна вместить команду дайверов на несколько недель. После акклиматизации водолазы выходят из камеры через туннель для спаривания и попадают в водолазный колокол, который также находится под давлением. Кран поднимает колокол с корабля и сбрасывает его на подводную площадку. Оказавшись на месте, один водолаз в водолазном костюме и шлеме выходит из колокола и начинает работать. Другой дайвер остается в колоколе и ухаживает за шлангами и снаряжением первого дайвера. Примерно через два часа они переключаются. Работая от колокола, водолазы могут провести под водой восемь часов в сутки. Затем их переправляют на поверхность в колоколе, попадают в барокамеру и переключаются со следующей сменой водолазов. Когда вся работа завершена, команда выполняет декомпрессию в барокамере. Несмотря на то, что они погружались несколько раз, команде нужно только один раз расслабиться.

История

Ведро или бочка, опущенные прямо в воду открытым концом вниз, будут задерживать в себе воздух. Аристотель писал о дайверах, использующих котлы с воздухом для дыхания под водой. Говорят, что Александр Македонский отправился в море на водолазном колоколе - известном как бочонок из белого стекла - в 332 <маленьком> до н. Э. Говорят, что он оставался глубоко под водой в течение нескольких дней, хотя это маловероятно. Есть несколько упоминаний водолазных колоколов в средние века. В 1531 году итальянец Гульельмо де Лорена сделал работоспособный водолазный колокол, который он использовал, чтобы вытащить затонувшие древнеримские корабли со дна озера. Другие колокола были изобретены и использовались в разных местах Европы, в основном для спасения сокровищ. Предшественник современного водолазного колокола был изобретен англичанином Эдмундом Галли, который известен прежде всего кометой, носящей его имя. В 1690 году Галлей построил водолазный колокол, в котором для подачи свежего воздуха под водой использовались кожаные трубки и обшитые свинцом бочки. Его колокол представлял собой деревянный конус с открытым концом, утяжеленный свинцом и снабженный стеклянным смотровым окном. Внутри Галлей повесил платформу для отдыха ныряльщика и приспособление из утяжеленных бочек. Бочки были закреплены так, что когда водолаз втягивал их в раструб, давление воды снизу заставляло их выпускать свежий воздух в раструб. Помощники на поверхности наполнили бочки свежим воздухом. Галлею и команде водолазов удалось продержаться под водой на глубине около 60 футов (18,3 м) в течение полутора часов с помощью своего колокола.

Другие дублировали достижение Галлея, но конструкция не была значительно улучшена до 1788 года. В том же году шотландский инженер Джон Смитон сделал водолазный колокол, который с помощью насоса на крыше нагнетал внутрь свежий воздух. Колокол Смитона использовали водолазы при ремонте подводного моста. В девятнадцатом веке было изобретено разнообразное снаряжение для дайвинга, что привело к созданию рабочих водолазных шлемов, соединенных шлангами с источником воздуха на поверхности. Это оборудование, как правило, было тяжелым и громоздким, сделанным из сотен фунтов металла, чтобы выдерживать давление глубокой воды. Рабочие на тоннелях и мостах спускались в огромные чугунные колокола или лифтовые камеры, называемые кессонами. Поскольку об опасности давления было мало известно, многие из этих рабочих заболели и умерли от так называемой кессонной болезни, ныне известной как декомпрессионная болезнь.

Основа для будущего коммерческого дайвинга была заложена после Второй мировой войны. Швейцарский дайвер Ханнес Келлер использовал водолазный колокол в 1962 году, чтобы достичь глубины 984 фута (300 м). Его колокол находился под немного более высоким давлением, чем в месте погружения. Келлер вдохнул смесь гелия Колокол Галлея. и кислород через шланги, прикрепленные к машине в колоколе. Он показал, что водолазный колокол может быть ценной промежуточной станцией для глубоководного дайвера, снабжая его не только пригодным для дыхания газом, но также электричеством, устройствами связи и горячей водой для обогрева водолазного костюма.

Погружение с насыщением стало возможным благодаря работе доктора Джорджа Бонда, директора Медицинского центра подводных лодок ВМС США в середине 1950-х годов. Его эксперименты показали, что ткани дайвера насыщаются азотом после определенного времени воздействия. После достижения точки насыщения продолжительность погружения не имела значения. Дайвер может оставаться под давлением неделями или месяцами. Время, необходимое для декомпрессии, будет одинаковым независимо от того, оставался ли дайвер в точке насыщения в течение часа или недели. Эксперименты Бонда привели к разработке Deep Diving Systems. Они часто использовались рабочими нефтяной промышленности в 1970-х и 1980-х годах, когда процветали глубоководные буровые платформы.

Батисфера и
батискаф

Два важных современных водолазных колокола - батисфера и батискаф. Это были глубоководные водолазные суда, предназначенные для научных наблюдений. Батисфера была построена американским зоологом Уильямом Биби и инженером Отисом Бартоном в 1930 году. Биби, увлеченный подводной жизнью, задумал водолазный аппарат, и Бартон смог сконструировать его. Идея Бартона заключалась в том, чтобы сделать камеру идеально круглой, чтобы равномерно распределять давление воды. Он был изготовлен из литой стали толщиной чуть более 1 дюйма (2,5 см) и диаметром 4,75 фута (1,5 м). Батисфера весила огромные 5400 фунтов (2449 кг), что было почти слишком тяжело для подъема доступным краном. Биб и Бартон совершили несколько погружений у берегов Бермудских островов в батисфере, достигнув глубины 3000 футов (900 м) в 1932 году. Благодаря большой прочности сферы дайверы были защищены от давления, но батисфера оказалась громоздкой и потенциально опасной. Он был заброшен в 1934 году.

Десять лет спустя швейцарцы, отец и сын, Огюст и Жак Пикар, сконструировали похожее судно, названное батискафом. Батискаф, как и батисфера, противостоял давлению с помощью тяжелой стальной сферической камеры. Камера висела под большим легким баком, наполненным бензином. Открытие воздушных клапанов позволило батискафу потерять плавучесть и погрузиться на дно океана своим ходом. Чтобы снова подняться, операторы выпустили железный балласт, заставив судно медленно подняться. Первый батискаф был построен в 1946 году, но безвозвратно поврежден в 1948 году. Улучшенная машина спустилась на высоту 13000 футов (4000 м) в 1954 году. Пикардс построили еще один батискаф, названный Trieste, в 1953 году. ВМС США купили Trieste в 1958 году. Жак и лейтенант ВМС Дональд Уолш достигли рекордной глубины 35 810 футов (10916 м) в Марианской впадине в Тихом океане в 1960 году.

Сырье

Современные водолазные колокола изготавливаются из высокопрочной мелкозернистой стали. Окна изготовлены из литого акрила специальной марки, предназначенной для сосудов под давлением. Колокол также нуждается во внешней опорной балке из толстого алюминия, чтобы защитить его от ударов. Колокольчик расписан качественной морской эпоксидной краской. Характеристики стали и алюминия различаются в зависимости от предполагаемой глубины судна.

Дизайн

Водолазные колокола изготавливаются по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями заказчика. Заказчик обращается к производителю с указанием того, что ему нужно. В зависимости от потребностей в схеме будет указана форма колокола, минимальное количество людей, количество окон и любые другие особые потребности, такие как стойки для размещения оборудования. Производитель просматривает план заказчика, а затем составляет окончательный дизайн.

Производство и дизайн водолазных колоколов осуществляется в соответствии со специальными правилами, установленными Американским обществом инженеров-механиков (ASME). В ASME есть подраздел, регулирующий так называемые сосуды высокого давления для людей, или PVHO. К PVHO относятся водолазные колокола, а также погружные суда, декомпрессионные камеры, рекомпрессионные камеры, высотные камеры и другие. ASME устанавливает строгие стандарты для всех аспектов водолазных колоколов, от проектирования до изготовления и испытаний. Производители и их субподрядчики должны все пошагово следовать руководящим принципам ASME на протяжении всего производственного процесса, чтобы получить штамп ASME на готовом колоколе.

Производственный
процесс

Делаем колокольчик

• 1 Корпус колокола изготовлен из прочной мелкозернистой стали. Прокатный стальной лист помещается на конвейерную ленту и пропускается через автоматическую пилу, которая разрезает лист на верхнюю, нижнюю и боковые стороны раструба.
• 2 Профили отправляются в сварочный цех, сертифицированный для данного типа строительства. Каждая секция сваривается вручную. Сварные швы должны выдерживать высокое давление и быть абсолютно водонепроницаемыми. Сварочный цех следует инструкциям ASME.
• 3 Литые акриловые окна, изготовленные субподрядчиком или производителем колоколов, устанавливаются на место.

Инспекция и тестирование

• 4 После сварки секций раструб осматривается. Он может проходить различные испытания, от визуального контроля сварных швов до ультразвукового сканирования. После этих испытаний следует «контрольное испытание». Колокол наполнен водой и в течение часа находится под давлением, в полтора раза превышающим давление, которое он должен выдержать. Другими словами, если колокол был спроектирован так, чтобы выдерживать давление на глубине 600 футов (183 м), 282 фунта на квадратный дюйм, производитель подвергает его давлению на уровне 900 футов (274,3 м) или 415 фунтов на квадратный дюйм. Колокол должен легко выдержать контрольное испытание. В качестве меры предосторожности он был разработан, чтобы выдерживать давление, в четыре раза превышающее стандартное рабочее давление.

Покраска и отделка

• 5 Далее красится колокольчик. Механические распылители покрывают колокол высококачественной морской эпоксидной краской, которая способна выдержать суровые условия эксплуатации колокола под водой.
• 6 Затем внутренняя часть колокола закончена. Колокол будет содержать различные устройства, такие как обогреватель, инструменты, фонари, средство для удаления углекислого газа и вентиляторы. Кронштейны для этих устройств привинчиваются к внутренней части звонка. Корпуса трубопроводов и трубопроводов также прикручиваются болтами. Колокол не готов к использованию, пока все оборудование не будет на месте.

Сертификация

• 7 Если колокол проходит все испытания и проверки, на него ставится печать ASME. Это означает, что он построен в соответствии со стандартами ASME и считается безопасным для проживания людей. На индивидуальный колокол также выдается свидетельство о том, где он был построен, когда и кем. Также сохраняются другие записи, например, о происхождении стали, использованной для изготовления тела.
• 8 Производитель поставляет колокол как «сырой» сосуд. Затем заказчик оснащает его всем необходимым оборудованием, таким как устройства слежения, камеры и радиопередатчики.

Контроль качества

Контроль качества чрезвычайно важен для судна, которое используется для опасных по своей природе подводных работ. Контроль качества встроен в процесс производства водолазных колоколов, поскольку производители соблюдают стандарты, установленные ASME. Колокол не только проходит испытания после постройки, но даже предварительный проект был выполнен в соответствии с правилами ASME. Общий регулирующий орган над дайвингом, включая Современная капсула перемещения персонала (PTC). коммерческий дайвинг, в США работает Береговая охрана.

Будущее

Военно-морской флот США также тестирует различное водолазное оборудование для собственных нужд. Здесь работает экспериментальный дайв-центр, который тестирует существующее оборудование и опробует передовые технологии дайвинга. В экспериментальном дайвинг-центре также работают врачи и исследователи, изучающие физиологические эффекты дайвинга. Некоторые из этих исследований могут привести к разработке правил, влияющих на коммерческих дайверов. Это, в свою очередь, может повлиять на процедуры безопасности и проверки качества водолазных колоколов и другого водолазного снаряжения.

Коммерческие водолазы каждый день полагаются на водолазные колокола для транспортировки между герметичной камерой и глубоководным участком. Развитие насыщенного дайвинга привело к гораздо более эффективному способу выполнения обширных подводных работ, потому что дайверам необходимо выполнить декомпрессию только один раз в конце работы. Однако в некоторых текущих исследованиях изучаются способы вообще обойтись без декомпрессии. Некоторые исследователи изучали возможность оснащения дайверов искусственными жабрами, позволяющими им дышать кислородом непосредственно из воды. Еще одна возможная новая технология называется жидкостным дыханием. При глубоком давлении, если легкие наполнены кислородсодержащей жидкостью, теоретически они могут продолжать функционировать. Гипотетически аквалангист может дышать кислородсодержащим жидким фторуглеродом из переносного баллона. Это позволило бы дайверу погрузиться глубже без использования барокамеры и водолазного колокола. Еще одно направление исследований - это так называемая биологическая декомпрессия. Особые бактерии в организме могут быть использованы для метаболизма газов, содержащихся в тканях, которые вызывают декомпрессионную болезнь. Это устранило бы необходимость в декомпрессии в камере. Если какая-либо из этих технологий станет жизнеспособной для коммерческих водолазов, существующая система барокамеры и водолазного колокола может измениться.

Где узнать больше

Книги

Биби, Уильям. На полмили вниз. Нью-Йорк:Дулл, Слоан и Пирс, 1951 г.

Паркер, Торранс Р. 20 000 рабочих мест под водой:история дайвинга и подводной инженерии. Полуостров Палос-Вердес, Калифорния:Sub-Sea Archives, 1997.

Пикар, Жак и Роберт С. Дитц. Семь миль вниз:История батискафа Триеста. Нью-Йорк:Сыновья Дж. П. Патнэма, 1961.

Периодические издания

Бахрах, Артур Дж. "История водолазного колокола". Исторические времена дайвинга (Весна 1998 г.).

Другое

Страница дайвинг-наследия. Июнь 2001 г. .

Анджела Вудворд