САМОХОДНЫЙ ПОДВОДНЫЙ ДАЙВЕРСКИЙ ТРЕНАЖЕРНЫЙ ЦЕНТР

Полезная модель относится к строительству гидротехнических сооружений в водной среде.
Издавна подводные пловцы для подводного дома используют принцип колокола, в котором при погружении создается сжимаемое давлением воды воздушное пространство, в настоящее время, например, вплоть до гидросистемы спускоподъемного устройства с набором датчиков давления, положений штоков силовых гидроцилиндров, учета скорости вращения лебедки и т.д. (патент RU №2296692, С1, 10.04.2007, В63С 11/44). Другими устройствами являются комплексы на основе перемены плавучести, включающие качества подводных лодки, дома, перемещающегося аппарата, лаборатории, например, "Бентос-300" (Королев А.Б. Бентос-300, пять тысяч часов под водой. Москва, ВНИРО, 1992 г.) и которые широко используют системы сухих и водных камер с переходами из одной в другую и выходами в водное пространство или в шлюзовые камеры других строений (дополнительные аналоги: патент GB №2041301, А, 10.09.1980, В63G 8/00, патент FR №2451858, 17.10.1980, В63С 11/24) и техническое описание погружаемой барокамеры - подводный отель (Материалы международной научно-практической конференции "Развитие подводной деятельности в СССР и России", Москва, Конфедерация подводной деятельности России, 2006 г. (статья Кухтарова B.C., стр.167-169). Однако доставка такой барокамеры и тяжеловесного балласта требуют баржу, доставка людей к камере-отелю выполняется на катере, снабжение сжатым воздухом, электроэнергией, пресной водой, продуктами питания, питьевой водой, средствами связи - с берега или с обеспечивающего судна. Стоянка отеля фиксирована, погружение с помощью лебедок - подтяжка к донному балласту с отрицательной плавучестью большей, чем положительная плавучесть барокамеры-отеля водоизмещением 100 т, предназначена для туристов и дайверов. Прототип самоходного подводного дайверского тренажерного центра отсутствует.
Для однородных материалов (или их образцов), по их использованным массам и объемам, а также в совокупности из них отдельных отсеков, секций, этажей и всего корпуса строения плавучесть может рассчитываться по универсальной формуле, исходя из закона Архимеда (Свидетельство ФГУП "ВНТИЦ" №73200700004 от 22 января 2007 г. на интеллектуальный продукт: "Универсальная формула расчета плавучести тела по закону Архимеда"), заявлена Монаховым В.П.:
, где Мт - масса тела, в г или т;
3
3
ρ - относительная плотность жидкости, в г/см или т/м;
3
3
ρ - относительная плотность тела, в г/см или т/м;
Пт - плавучесть тела, в г или т.
Цель полезной модели: разработать самоходный подводный дайверский тренажерный центр в отдельном здании с безопасным и комфортным жизнеобеспечением труда и отдыха дайверов на основе перемены плавучести с учетом меняющегося балласта, с возможностью управляемых вертикальных и горизонтальных передвижений.
Для осуществления цели предлагается здание с круглой стеной (обеспечивает при движении обтекаемость и плавность поворотов), содержащим в верхней воздушной части отсек помещения центра с необходимым оборудованием общего и индивидуального пользования, отсек регуляции плавучести в центре зала в виде круглого рабочего стола с лебедкой и шлангом воздуховода на барабане, балластный отсек со смотровым окном-колодцем и отдельным грузом, а также насосы вертикальных перемещений и две водяные турбины или 2-4 электрических реверсивных двигателей для горизонтальных передвижений с ручным или автоматическим режимом управления. Вне здания имеются поплавок вверху с воздуховодом, внизу дно из резиновых автомобильных или тракторных шин. Выполненная балластировка здания обеспечивает его устойчивость и положение центра подъемной силы быть высоко над центром его тяжести.
3
3
В качестве примера приводится расчет взаимосвязей масс и объемов, создающих положительную и отрицательную плавучести составных частей и в целом всего здания при следующих исходных данных: внешний радиус строения 4 м, возможно одновременное пребывание в экипировке 30 дайверов, включая тренера и оператора. Здание выполнено: крыша в 11 см из стеклопласта относительной плотностью 2,25 г/см, стена в 12,5 см и пол из железобетона относительной плотностью 5,6 г/см. Пол является балластным отсеком и определяется расчетным путем. Высота внутри тренажерного зала 2,2 м, тяжесть дайверов, тренера и оператора 3 т, учитываемой в отрицательной плавучести здания. Вход (он же выход) с крыши - верхней палубы, которая может иметь круглую загородку и козырек, и через 4 шлюзовые камеры. В стенах выполнены круглые 8-12 иллюминаторов, внутри на стенах - вешалки для индивидуальных костюмов и предметов снаряжения, на полу - стеллажи, по центру зала - большой круглый стол с круговым выступом в виде ступеньки или сидения для раскладки костюмов, их проверки и мелкого ремонта. Стол и выступ выполнены из нержавеющей стали толщиной 1 см, высотой 70 см, из которых 30 см с радиусом 1,545 м приходятся на верхнюю часть - столешницу (внутри с опорной стойкой), по центру которой устанавливается лебедка с электроприводом и шлангом воздуховода на барабане, и 40 см - нижняя часть стола в виде выступа с радиусом 1,945 м, который выглядит
3
3
3
3
3
3
3
как круговая ступенька или сиденье (внутри с опорными стойками как продолжение верхней стенки). Верхняя часть объема стола составляет 2,25 м, нижняя - 4,75 м, вместе 7 м, массой нержавеющей стали 2,5 т и реализуется как емкость отсека регуляции, который включает пространство, например, 2 м залитой воды, учитываемой в отрицательной плавучести здания на его подъем при откачивании воды, другие 2 м - на погружение при заливе воды, учитываемых в положительной плавучести здания, и 3 м - на балансировку меняющихся числа и массы дайверов. Под дном емкости отсека регуляции в полу выполнена подводка труб насосов: одного на подачу воды и двух на откачку воды (второй - аварийный с подключением к электросети и к аккумулятору). Воздух входит и выходит из отсека регуляции через открытую вертикальную трубу рядом с лебедкой. В трубе выполнен шток поплавкового реле, показывающего на шкале штока подъемом и опусканием уровень залитой воды. Для дополнительных возможностей работы с переменой плавучести, для проверки компенсаторов, костюмов, запасных емкостей или создания аквариума, куда возможно помещать отловленные экземпляры фауны, выполнена вдоль стены "кормы" прозрачная емкость - карман, например, длиной 2 м, шириной 0,3 м и высотой 1 м, вместимостью 0,6 м, массой от 0,6 т, которая своей массой с водой вписывается в отрицательную плавучесть здания. Имея насосы подачи и откачки воды, в аварийных случаях воду откачивают, повышая положительную плавучесть здания. Причем размер, например, длину кармана можно увеличить для возможностей варьировать отрицательной плавучестью.
В зале тренажерного центра по бокам относительно горизонтального передвижения водяными турбинами установлены две барокамеры, включающие системы подачи газовой среды, содержащие соединенные с источником воздуха или кислорода трубопроводы с клапанами, системы выпуска газовой среды из барокамер, связанные с газоанализатором диоксида углерода, системы очистки газовой среды барокамер, каждая вместимостью четырех сидящих пловцов, длиной 2 м, радиусом 0,7 м, массой 2,0 т. При этом возможна предварительная подготовка дайвера в барокамере созданием адекватного давления воздуха перед его выходом через шлюзовую камеру в водный массив, а при возвращении из водоема - пребывание дайвера в барокамере со снижением давления по декомпрессионной таблице до нормального атмосферного уровня или давления, созданного внутри тренажерного центра.
Подача воздуха обеспечивается с поверхности воды через насадку незаливаемости от дождя, боковой волны с эффектом миниколокола в виде удлиненного перевернутого стакана с воздухозаборными отверстиями в нижней конусообразной стенке внутри стакана, соединенной с втулкой насадки, вкрученной на верх цилиндра, монолитно проходящего
через втулку полусферического воздушного пластмассового поплавка радиусом 1 м и больше, обеспечивающим положительную плавучесть от 1,9 т, являющимся ограничителем глубины погружения, а также способным держать здание при ручном наматывании арматурного шланга воздуховода на барабан лебедки при аварийном подъеме тренажерного центра при отсутствии электричества и "севшем" аккумуляторе. При горизонтальных передвижениях поплавок подтягивается воздуховодом, длина которого определяет максимум погружения 60 м. Нижний конец воздуховода с краю барабана вставлен внутрь его цилиндра, проходящего по центру барабана и образующего вместе с боковыми большими зубчатыми шестернями барабана и им самим единое монолитное целое. Лебедка состоит из двух стоек с двойными стенками. Изнутри сторон обеих внешних стенок имеются на осях с подшипниками по 3 малых шестеренок, находящихся относительно центральной оси барабана и цилиндра под углом 120° с зубцами, вставленными в зубцы больших боковых шестерен барабана. Цилиндр крепится на подшипниках внешних стенок стоек лебедки. Воздуховод выведен наружу и через сальниковую манжету и подшипник воздухозаборного отверстия кондиционера вставлен в него. Вторая - внутренняя стенка стоек имеет отверстие больше диаметра барабана и закрывает большие боковые шестерни и малые шестеренки от шланга воздуховода на барабане. Зубчатая передача ручного вращения барабана может соединяться снаружи стойки лебедки с шестерней на конце цилиндра, свободном от воздуховода, или от малой шестеренки вверху через подшипник внешней стенки стойки и ее продленную ось, на которую вставляется рукоятка вращения. Рядом устанавливается стопор вращения большой шестерни, а одна из малых шестеренок внизу имеет зубчатую передачу от электромотора на вращение барабана. От кондиционера возможны перекрываемые отводы на барокамеры. Избыток и выдыхаемый воздух помещения тренажерного центра выходит через размещенные мембранные клапаны в крышке люка. Кондиционер перекрывается при открытии отвода воздуховода на компрессор для зарядки баллонов аквалангов. На верху насадки воздуховода установлены маячок, антенны телевизионной, мобильной связи, систем GPS/ГЛОНАСС с проводами через воздуховод и корпус кондиционера на пульт управления. Перед штормовой погодой занятия дайверов отменяются, насадка воздуховода вкручивается по цилиндру до перекрытия дном стакана подачи воздуха, открываются верхние два и два нижних отверстия поплавка, обычно закрытые крышками, для заполнения поплавка водой и ухода вместе со зданием, управляемым оператором и тренером без дайверов, под воду на время шторма (масса тяжести отсутствующих дайверов компенсируется заливом воды).
Входной - выходной люк на переднем крае палубы относительно движения вперед
водяными турбинами выполнен с оребрением отверстия в металлическом каркасе радиусом 35-40 см, закрываемом снаружи или изнутри сторон отверстия слегка выпуклой крышкой с ребрами жесткости изнутри и ручками, боковые отводы которых штырями выходят наружу и удерживают крестовину от горизонтального вращения. Вертикальный удлиненный запорный винт с вентилями на концах свободно проходит через крестовину с упором ее держателей в кронштейнах в полки - зацепы и в их закрытую боковую стенку в каркасе отверстия. При его выкручивании из неподвижного цилиндра с резьбой в центре крышки подвижной и неподвижной плашками на винте крестовина отжимается наружу, а крышка с вакуумной износостойкой резиной в круглой канавке, приходящейся на оребрение отверстия, поджимается к корпусу люка. При открытии люка крышка опрокидывается вентилем на палубу через блок с держателем, который другим концом закреплен на подшипнике под вентилем винта. Четыре шлюзовые камеры имеют отверстия в стене здания из водоема и в стенах камер из помещения тренажерного центра, используют такое же техническое решение закрытия и открытия отверстий. При этом в каждой камере шлюза имеется насос откачки воды с дублированием кнопки включения и выключения в помещении центра. Также внизу стенки каждой камеры у пола выполнено перекрываемое отверстие из помещения для аварийной откачки воды из помещения насосом камеры и обеспечены вверху входное и выходное отверстия с клапанами для воздуха из и в камеру в и из помещения.
3
При вертикальных погружениях тренажерный центр может совершать посадки на дно на заранее подготовленные горизонтальные площадки, свободные от камней, рифовых зарослей, другой растительности, без вреда для фауны. Дно здания с пространством для смотрового окна-колодца и отдельного груза выстилается двумя слоями автомобильных или тракторных шин, масса которых может составить 0,5 т, объем 0,294 м, отрицательной плавучестью - 0,2 т. Отдельный груз-ограничитель длиной выпускаемого троса глубины погружения, например, на диаметре спереди назад выполнен с центром размещения в метре до края "кормы" с креплением троса на лебедке с барабаном и прохождением троса через вцементированную балку с втулкой, через часть пола с сальниковыми герметичными манжетами к грузу в виде круглой плашки, например, высотой 15 см, радиусом 37,3 см, весом 366,5 кг, отрицательной плавучестью - 300 кг. Ложась на дно груз снижает отрицательную плавучесть на - 300 кг и, если воды на погружение было залито меньше 0,3 т, то погружение прекращается, если было залито больше, погружение замедляется, поэтому до менее 0,3 т залив воды необходимо сделать заранее. При подъеме и горизонтальных передвижениях груз подтягивается к дну здания дистанционным или местным управлением
работы лебедки с электроприводом, а также предусмотрена коробка зубчатых передач для вращения барабана лебедки руками или ногами.
2
3
В 2,5 м по обе стороны от вертикальной оси строения и диаметра проекции люка на палубе и до "кормы", т.е. спереди назад выполнены две водяные турбины с реверсивным управлением, вмонтированные в пол зала тренажерного центра, в виде двух цилиндров, внутренним радиусом, например, 8 см, толщиной стенок 1 см, изнутри покрытых водоотталкивающим покрытием, длиной 6,245 м сквозным каналом от переда до выхода на "корме". В средней части цилиндров установлены передаточные механизмы и гребные винты, которые приводятся во вращательное движение силовыми установками, вмонтированными в пол под столиками, табуретками, стеллажами. Площадь сечения внутри цилиндра 0,020096 м, V внутри цилиндра = 0,1255 м, М двух цилиндров = 0,5247 т, что в целом (с установками, механизмами, винтами) составляет 0,55 т. Вместо водяных турбин с силовой установкой внутри помещения центра возможно использование 2-4 электрических реверсивных двигателя, закрепленных, в том числе вцементированных в стену или в пол крепежных кронштейнов, в "кормовой" части здания. Также в полу вцементировано круглое смотровое окно-колодец радиусом 0,4 м впереди рядом со сходом с лестницы, например, из стеклопласта.
Внутри тренажерного центра много разнообразных систем и оборудования. Так для входа и выхода имеется люк на верхней палубе - крыше, лестница внутрь, 8 опорных стоек впритык к рабочему столу, четыре шлюзовых камер, лебедка с электроприводом, барабаном и воздуховодом до 62,6 м, лебедка с электроприводом, барабаном и тросом отдельного груза, рабочий стол - емкость отсека регуляции массой 2,5 т, две барокамеры общей массой 4 т, 2-3 аккумулятора, баллоны сжатого воздуха, компрессор, кондиционер, запасы питания, холодильник, микроволновая печь, два биотуалета, емкость-карман 0,6 т, средства управления, связи, безопасности и другое. Такое содержимое помещения составляет 11,0 т.
2
3
2
3
3
Исходные данные для расчета массы пола тренажерного центра, являющегося балластным отсеком здания: R крыши, стены и балластного отсека = 4 м, S крыши = 50,24 м, V крыши = 5,5264 м, М крыши = 12,4344 т. Длина окружности здания = 25,12 м, Высота внутри центра = 2,2 м, S поперечного сечения стены = 3,090938 м, V стены помещения центра = 6,8000636 м, М стены помещения центра = 38,080356 т, V отсека регуляции = 7 м, М отсека регуляции = 2,5 т, М залитой воды = 2 т, М дайверов = 3 т, М пристроек, оборудования и другого содержимого помещения центра = 11 т. Масса стеклопласта на 8 иллюминаторов и смотрового окна-колодца на 0,7 т меньше, чем, если бы оставался железобетон при том же водоизмещении. Определяем массу отсека помещения центра и отсека регуляции без пола-балластного отсека:
3
3
3
2
3
3
3
2
3
3
М строения без пола = 12,4344 т + 38,080356 т + 2 т + 3 т + 11 т - 0,7 т = 65,814756 т. Устроения без пола = 116,0544 м и определяем положительную плавучесть строения без пола по формуле с подстановкой конкретных данных: П строения без пола = V строения без пола × ρ черноморской воды - М строения без пола = 116,0544 м × 1,016 т/м - 65,814756 т = 117,91127 т - 65,814756 т = 52,09652 т. Полученную величину положительной плавучести, чтобы выйти зданию на нулевую плавучесть, необходимо компенсировать равной величиной отрицательной плавучести пола-балластного отсека, для чего используется другой вариант универсальной формулы, в которой заменив расчет объема балластного отсека как его площадь, умноженная на его высоту, определяем высоту пола балластного отсека как неизвестную величину: -П пола = V пола × (ρ черноморской воды - ρ железобетона)=50,24 м × hм × (1,016 т/м - 5,6 т/м)=-230,30016 т/м × hм, -52,09652 т = -230,30016 т/м × hм, hм=0,2262113 м. Определяются: V пола-балластного отсека = 11,36486 м, М пола = 63,6432 т, Высота всего здания = 2,5362113 м, S здания = 50,24 м, V здания = 127,41925 м, V вытесненной воды = 127,41926 м, М водоизмещения в черноморской воде = 129,45795 т, М всего здания = 65,814756 т + 63,6432 т = 129,457956 т, т.е. объемы и массы всего здания и его водоизмещения равны, что обеспечивает нулевую плавучесть здания дайверского центра для выполнения его вертикальных перемещений. При стоянке у причала дайверский тренажерный центр возвышается на 13,7 см при пустом отсеке регуляции и проседает после захода дайверов, тренера и оператора на 5,87 см.
В районе цунами здание тренажерного центра делается с козырьком крыши, который перекрывает круглый верх стенки отдельной железобетонной емкости в виде чаши радиусом на 15-30 см больше радиуса здания тренажерного центра, выполненной в дне водоема. Горизонтальным проходом здание тренажерного центра посредством крюка на отдельном грузе снимает покрывало консервирования чаши пленкой или брезентом с накопившимися отложениями ила, песка или остатков жизнедеятельности обитателей водоема. Сбросив в стороне отдельный груз с тросом и покрывалом, здание центра опускается в чашу с корректировкой через центр смотрового окна-колодца и через стеклянный колпак, одеваемый на втулку, освобождаемую тросом отдельного груза, по отметинам на дне чаши, которые выявляются при подсветке фонарями смотрового окна-колодца. Опустившись с учетом сжимания шинной подстилки здание до крыши оказывается той же высоты, что и стенка чаши. Козырек перекрывает чашу на уровне плоскости дна водоема, по которому прокатятся с донными отсосами завихрения цунами. Поднять и опрокинуть 130 т здания тренажерного центра цунами затруднительно. При этом воздуховод около потолка подрезается, вставляется заглушка, которая проталкивается и забивается во втулку крыши для воздуховода, выталкивая последний наружу. Нижняя сальниковая манжета обволакивает
заглушку и дополнительно удерживает ее вместе с затворной пластиной между двумя болтами, впаянными в потолок, с гайками для поджима пластины и заглушки, позволяя воздуховоду с верха заглушки соскочить и плавать вместе с поплавком. В тренажерном помещении открываются баллоны сжатого воздуха или включаются установки регенерации воздуха, в том числе барокамер, или агрегаты очистки газовой среды через воздухопроницаемые кассеты с веществами, поглощающими диоксид углерода и вредные вещества. Дополнительное укрытие - барокамеры. После цунами - всплытие откачкой воды отсека регуляции насосом, подключенным к аккумулятору, а также выход через люк.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображено здание самоходного подводного дайверского тренажерного центра с воздуховодом и полусферическим воздушным поплавком. Тренажерный центр 1 выполнен с соблюдением комфортности пребывания дайверов до 30 человек. Помимо прозрачного потолка 2, иллюминаторов 3 имеется смотровое окно-колодец 4, свежий воздух поступает от кондиционера 5 через воздуховод 6, находящегося на барабане лебедки над отсеком регуляции плавучести 7. Воздуховод соединяется с цилиндром 8, проходящим через втулку 9 полусферического поплавка 10. На верхнюю оконечность воздуховода, в верх цилиндра 8 из нержавеющей стали вкручена насадка 11 незаливаемости от дождя, боковой волны с эффектом миниколокола. Нижняя конусообразная стенка 12 насадки внизу имеет круглые воздухозаборные отверстия 13. На верху насадки, выполненной в виде удлиненного перевернутого стакана, установлены маячок, антенны телевизионной, мобильной связи, систем GPS/ГЛОНАСС 14 с проводами через воздуховод. Для консервирования во время шторма поплавок заливается водой через нижние два 15 и выходом воздуха через два верхние 16 отверстия, края которых утолщены и в них герметично с прокладкой вкручиваются крышки. При шторме насадка вкручивается по цилиндру до герметичного перекрытия своим дном верха цилиндра. Для входа в тренажерный центр на палубе имеется люк 17, крышка которого закрывается и открывается вентилями 18 на запорном винте снаружи или изнутри. По центру тренажерного помещения находится отсек регуляции плавучести 7 с подводкой труб под его дном и в полу балластного отсека от насоса набора воды 19 и двух насосов откачки 20 (один из которых аварийный), размещенных в стене здания. В середину двух цилиндров водяных турбин 21 с передаточными механизмами от силовых установок 22 вставлены гребные винты, обеспечивающие горизонтальные передвижения здания. Внизу находится балластный отсек 23 с отдельным круглым в виде большой плашки грузом 24, например, массой в 366,5 кг в "кормовой" части здания. В полу-балластном отсеке для троса отдельного груза выполняется отверстие и втулка 25 с
муфтами герметичности для прохода троса 26 от груза (части балластного отсека) до лебедки с барабаном и коробкой зубчатых передач 27.
Осуществление работы отсека регуляции с переменой плавучести, балансировка имеющегося балласта, вертикальные и горизонтальные передвижения могут выполняться в ручном и автоматическом режимах управления. Широко используются навигационные системы GPS/ГЛОНАСС, реверсивное управление работы турбин или электродвигателей, показания уровней заливки воды отсека регуляции относительно нулевой плавучести поплавковым реле со штоком и датчиками, реле времени работы насосов, данные глубины погружения электроакустического эхолота или электронно-акустического прибора (Госреестр приборов России №29726-05, Самара, СГАУ).
Предусматриваются строгие предписания по строительству, испытаниям, сертификации, допуску к эксплуатации здания дайверского тренажерного центра, по подготовленности тренеров и операторов, получения ими разрешения на работу как в тренажерном центре, так и в барокамерах, иметь четкие подробные инструкции с возможно полным набором предполагаемых внештатных ситуаций, действий при этом оператора, тренера и дайверов с предварительным перед погружением инструктажем и знакомством со снаряжением и мерами безопасности. Например, пользованием насосом шлюзовой камеры, в том числе для откачки воды из помещения центра через отверстие в низу стенки камеры, ее переходными отверстиями, использованием резервного насоса отсека регуляции, баллонов сжатого воздуха для общего дыхания, воздушных систем барокамер, ограничителями погружения, сброса отдельного груза, ручного подъема наматыванием воздуховода на барабан лебедки, применением устройств регенерации воздуха. Попутно показ индивидуальных нагрудных с подвесными ремнями воздушных емкостей, воротников, жилетов, накаченных воздухом, для аварийного выхода через шлюзовую камеру и всплытию на поверхность водоема.