КОЛЛЕКТОР СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ШАХТЕ ИМИТАЦИИ СВОБОДНОГО ВСПЛЫТИЯ

Коллектор снижения давления в шахте имитации свободного всплытия относится к области водолазной техники, в частности к исследовательским водолазным установкам с повышенным давлением в отсеках.
Известна система воздуха шахты имитации свободного всплытия совместно с гидротанком (комплекс свободного всплытия СВ-2) и трубопроводами повышения и снижения давления - прототип.Шахта и гидротанк (СВ-2) являются составной частью гидробарокомплекса ГБК-50. В состав системы воздуха СВ-2 входят трубопровод снижения давления, электропневматические клапаны для регулирования очередности открытия клапанов снижения давления, электропневматический преобразователь для управления клапанами снижения давления, электрические датчики контроля давления и система автоматического управления процессом снижения давления с помощью уставок по давлению и температуре.
Конструкция системы воздуха в шахте имитации свободного всплытия совместно с гидротанком (СВ-2) гидробарокомплекса ГБК-50 известна из сборочного чертежа (Схема воздуха СВ-2, ГБК50.362564.031СБ, Кронштадт, ОАО «170 Конструкторско-технологическое бюро», 1998. Телефон/факс (812) 435-34-51).
Однако конструкция прототипа имеет следующие существенные недостатки:
1) в данной системе снижение давления производится одновременно в гидротанке и в шахте, так как они соединены между собой переходным люком, который при снижении давления находится в открытом состоянии; поэтому достигнуть скорости снижения давления 3 м вод. Ст./с, необходимой для испытания новой техники, не представляется возможным. Конструктивное же исполнение трубопровода, арматуры и клапанов снижения давления не позволяет увеличить скорость снижения давления выше проектной (более 1,5 м вод. ст./с). При возникновении неисправности оборудования или при ухудшении самочувствия водолаза-испытателя быстрый переход его из условий повышенного давления к атмосферному давлению в шахте имитации свободного всплытия и гидротанке невозможен, так как необходимо выполнить следующие действия:
- быстро снизить давление до атмосферного значения в шахте и в гидротанке одновременно, что в силу конструктивных особенностей (большого внутреннего объема) выполнить не представляется возможным;
- всплыть водолазу-испытателю через люк в верхней части шахты (или его поднять туда при потери сознания);
- перевести из гидротанка водолаза-испытателя в сухой отсек для оказания медицинской помощи.
На все эти действия потребуется более 20 минут, а это может привести к серьезным физиологическим последствиям;
2) клапаны сброса давления имеют большую инерционность за счет наличия двух видов управления: электрического и пневматического. Это приводит к увеличению времени их открытия;
3) пневматическое управление клапанами сброса давления зависит от надежности работы электропневматических преобразователей и технических характеристик арматуры системы воздуха высокого и среднего давления. Данные устройства являются механическими, и опыт работы с ними показывает, что они могут давать сбои в работе;
4) при больших скоростях снижения давления происходит обморожение клапанов сброса давления. Для исключения этого явления на объекте установлены подогреватели клапанов. Установка температуры подогревателей производится вручную по показаниям термометра перед началом работы. Подогрев клапанов производится постоянно в независимости от скорости снижения давления, что приводит к излишней трате электроэнергии.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Предлагаемая конструкция коллектора снижения давления в шахте имитации свободного всплытия гидробарокомплекса ГБК-50 состоит из металлического трубопровода один конец, которого подсоединен с помощью резьбового соединения к корпусу шахты через трубу вентиляции, а на другом конце установлен запорный клапан для слива избытка воды при заполнении шахты и ручного снижения давления из шахты при аварийной ситуации с водолазом-испытателем для его быстрого вывода из шахты. В корпусе коллектора установлены следующие элементы:
- герметичный электрический разъем, обеспечивающий вывод на регистрирующий прибор сигнала о температуре в воздушной подушке шахты с малоинерционного датчика температуры, контролирующего условия безопасного пребывания водолаза-испытателя в шахте имитации свободного всплытия.
- электроконтактный манометр, который подает электрический сигнал в систему автоматического управления, позволяющий ограничивать превышения давления в шахте выше заданного значения;
- микроэлектронный датчик давления для измерения, регулирования и отображения давления (в цифровом виде) в шахте;
- электромагнитные клапаны (от 1 до 4 штук в зависимости от скорости декомпрессии), которые регулируют в автоматическом режиме расход сжатого воздуха через коллектор и, тем самым, обеспечивают выполнение режима декомпрессии по заданной системой автоматического управления программе.
На рис.1 схематично показан коллектор снижения давления в шахте имитации свободного всплытия.
Коллектор снижения давления в шахте имитации свободного всплытия состоит из металлического трубопровода 1 один конец, которого подсоединен с помощью резьбового соединения 2 к корпусу шахты 3 через трубу вентиляции 4. На другом конце установлен запорный клапан 5 для слива воды в воронку 6 при вентиляции шахты. В корпусе коллектора также установлены:
- герметичный электрический разъем 7 с токопроводящим элементом 8 для измерения температуры воздуха в шахте с помощью термометра сопротивления 9, установленного в воздушной подушке шахты 10;
- электроконтактный манометр 11 для подачи соответствующего электрического сигнала в систему автоматического управления, позволяющего ограничивать повышения давления в шахту, выше заданного автоматикой уровня;
- микроэлектронный датчик давления 12 для измерения, регулирования и отображения давления (в цифровом виде) в шахте;
- электромагнитные клапаны 13 (от 1 до 4 штук в зависимости от скорости декомпрессии), которые регулируют в автоматическом режиме расход сжатого воздуха через коллектор и, тем самым, обеспечивают выполнение режима декомпрессии по заданной системой автоматического управления программе.
Принцип работы коллектора снижения давления в шахте имитации свободного всплытия приведен ниже.
В шахте 3 имитации свободного всплытия размещается водолаз-испытатель, одетый в новое спасательное снаряжение, которое подлежит экспериментальной проверке путем снижения давления в шахте по программе, задаваемой системой автоматического управления. После размещения и закрепления водолаза-испытателя шахта заполняется водой до верхнего уровня трубы вентиляции 4, пока вода не начнет поступать через трубу вентиляции 4 и открытый клапан 5 в воронку 6. После этого клапан 5 закрывается и в шахту подается сжатый воздух от блока подачи воздуха. Давление в воздушной подушке 10 повышается до значения, предусмотренного уставкой на электроконтактном манометре 11. При достижении этого значения подача воздуха прекращается.
Далее начинается декомпрессия - процесс снижения давления в шахте 3 по заданному с помощью системы автоматики графику. Максимальная скорость снижения давления через коллектор находится в диапазоне 2-3 м вод.ст./с.
Снижение давления осуществляется из воздушной подушки 10 шахты 3 через трубопровод вентиляции 4, трубопровод 1 коллектора, электромагнитные клапаны 13. Сброс воздуха производится в воронку 6 совместно с частицами воды. Система автоматики управляет открытием электромагнитных клапанов 13 путем подачи на них электрического сигнала, после чего клапаны 13 выпускают воздух из воздушной подушки 10 шахты 3 через трубопровод 1 коллектора в атмосферу через воронку 6. Выпуск воздуха производится до того момента, пока не прекратится подача электрического сигнала на электромагниты клапанов от регулятора давления и давление в воздушной подушке не сравняется с атмосферным давлением. Время снижения давления в шахте имитации свободного всплытия от испытательного давления до атмосферного давления может составлять 2-4 минуты.
При возникновении аварийной ситуации водолаз-испытатель может быть выведен из шахты после снижения в ней давления до атмосферного значения и слива воды через ее нижней люк в сухой отсек гидробарокомплекса ГБК-50 для оказания медицинской помощи. На эти действия потребуется около 10 минут.
Во время режима декомпрессии в воздушной подушке 10 шахты 3 производится непрерывное измерение температуры воздуха, с целью обеспечения безопасности водолаза-испытателя. Данные температуры в цифровом виде передаются в систему автоматики для построения графиков.
С помощью микроэлектронного датчика давления 12 производится измерение давления в шахте 3, которое преобразуется в цифровую форму и передается в систему автоматики для построения графиков.
График работы коллектора снижения давления в шахте имитации свободного всплытия совместно с системой автоматики показан на рис.2.
На рис.2 представлены:
- желтым цветом - график программируемой декомпрессии, задаваемый системой автоматического управления;
- розовым цветом - график декомпрессии, выполняемый с использованием коллектора;
- голубым цветом - график измеряемой температуры.
Из графиков (рис.2) следует, что коллектор снижения давления в шахте имитации свободного всплытия (розовый цвет) обеспечивает режим декомпрессии, заданный системой автоматики (желтый цвет) со скоростью 2 м/с.
В качестве примера на рис.3 приведен график совместной работы систем автоматики и снижения давления в шахте имитации свободного всплытия с гидротанком гидробарокомплекса ГБК-50 (прототип). На данном рисунке видно, что штатная система снижения давления (график темно синего цвета) не обеспечивает режим декомпрессии, заданный системой автоматики (график розового цвета) со скоростью 2 м/с.