ВОДОЛАЗНЫЙ ШЛЕМ
DIVING HELMET

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания в водолазной технике для выполнения подводных, аварийно-спасательных и других видов водолазных работ.
Известна конструкция водолазного шлема УВС-50М (О.М. Слесарев. Водолазная техника ВМФ. ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО. Москва. 1990.). Шлем состоит из котелка и манишки. На котелке смонтированы передний (съемный) и два боковых иллюминатора. В верхней части имеется обух для взятия водолаза на подвес. На тыльной стороне шлема установлены травящий головной клапан и воздухотелефонный ввод. Травящий головной клапан обеспечивает периодическое удаление избытка воздуха из снаряжения. Воздухотелефонный ввод предназначен для присоединения воздушного шланга, по которому подается воздух для дыхания, и ввода телефонного кабеля в шлем. Манишка обеспечивает устойчивое удержание шлема на плечах. Масса шлема с манишкой составляет 18,5 кг. Шлем является основным элементом вентилируемого водолазного снаряжения, которое обеспечивает необходимые параметры дыхательной среды водолаза путем непрерывной подачи сжатого воздуха по шлангу с поверхности в подшлемное пространство и удаления его избытка в воду через травящий клапан.
Недостатками указанного технического решения являются: отсутствие органов управления воздухоподающим устройством, которым может управлять сам водолаз по своему усмотрению (водолаз управляет только травящим головным клапаном); отсутствует возможность переключения на другой источник воздуха (имеется только воздушный шланг), что снижает надежность снаряжения; отсутствует возможность использования дополнительных устройств (светильника и телекамеры); большой внутренний объем котелка приводит к большой положительной плавучести шлема в воде, приходиться утяжелять шлем и манишку используя дополнительные груза (нагрудный, заспинный, поясные). Подвижность шлема относительно корпуса водолаза отсутствует, отсюда возникает необходимость в боковых иллюминаторах. Из-за больших габаритов и веса водолаз не способен одеть снаряжение самостоятельно без посторонней помощи. Удаленность головы водолаза от иллюминаторов ограничивает обзорность и уменьшает поле зрения.
Известна конструкция водолазных шлемов вентилируемых снаряжений СВВ-97, НВС, РВС и СВС-20 (П.А. Боровиков, Водолазное дело России. С конца 1930-х годов и до наших дней. Москва. «Нептун». 2017.). Шлема перечисленных снаряжений, по сути, являются современным исполнением вышеописанного шлема УВС-50М и более ранних. Они состоят из котелка с двумя простыми иллюминаторами, или одним иллюминатором сложной геометрии, рыма для подвеса и переноски, воздухоподающего устройства расположенного снаружи котелка с органами управления для водолаза, травящего устройства, приспособления для крепления светильника и телекамеры, сварочного щитка. В состав снаряжения вошел резервный аппарат с аварийным запасом воздуха, что повысило надежность снаряжения, но при этом увеличилось количество и сложность арматуры.
Недостатком указанного технического решения является большой вес шлема и всего снаряжения, т.к. объем шлемов остается достаточно большим -как следствие большая положительная плавучесть, которую необходимо компенсировать большим весом. Подвижность головы относительно корпуса не изменилась, шлем, по-прежнему, лежит на плечах водолаза, что сковывает его естественную подвижность. Водолаз так же не способен самостоятельно одеть снаряжение. Вся арматура расположена снаружи шлема в плохо контролируемых водолазом зонах, что делает ее уязвимой от механических повреждений.
Известна конструкция шлемов снаряжения водолазного универсального СВУ-5 (П.А. Боровиков, Водолазное дело России. С конца 1930-х годов и до наших дней. Москва. «Нептун». 2017) в двух исполнениях: вентилируемом и автоматном. Известна конструкция шлемов "Superlite" американской фирмы "KIRBE MORGAN" (https://batiskaf.u). Перечисленные шлема (прототипы), в общем случае, состоят из следующих основных узлов: котелка являющегося основой шлема образующего герметичное пространство для размещения головы водолаза и служащего основой для крепления всей необходимой арматуры и устройств, иллюминатора, рыма для переноса и подвеса, рымов для светильника и видео- или телекамеры, фланца для крепления шейного кольца, шейного кольца предназначенного для герметичного соединения с гидрокомбинезоном, воздухоподающего устройства (включающего: распределительный блок (блок вентилей) и легочный автомат вдоха), травящего клапана (клапана выдоха) или легочного автомата выдоха, полумаски с клапанами вдоха для изоляции рта и носа водолаза от остального подшлемного пространства, телефонномикрофонной гарнитуры, подшлемника для регулировки положения головы и ее фиксации, атмосферного клапана для дыхания атмосферным воздухом, устройства обдува иллюминатора и носового упора для выравнивания давления в среднем ухе. Шлема имеют меньший объем, располагаются на голове водолаза, что позволяет поворачивать голову вместе со шлемом относительно корпуса, глаза водолаза располагаются максимально близко к иллюминатору, что увеличивает поле зрения и улучшает обзорность.
Недостатком данной конструкции является все еще большой вес 12÷15 кг, что создает неудобство при одевании снаряжения и подготовки его к работе. Вес шлема складывается в основном из фланца, шейного кольца и дополнительных грузов, которые предназначены для компенсации положительной плавучести шлема. Весь вес приходится удерживать на голове. Основные узлы находятся снаружи шлема в плохо контролируемой водолазом зоне и подвержены механическим воздействиям. При глубоководных погружениях с использованием для дыхания гелиокислородных дыхательных смесей и при погружениях при отрицательных температурах воздуха и воды, требуется подогрев дыхательных смесей. В данной конструкции осуществлять подогрев дыхательной смеси очень затруднительно и малоэффективно.
Техническая задача изобретения - конструкция водолазного шлема универсального (для вентилируемого или автоматного исполнения) с достаточным внутренним объемом для размещения головы с максимальными антропометрическими параметрами, но минимальным весом на суши и минимальной положительной плавучестью в воде, с защитой основных узлов от механических воздействий, с возможностью подогрева дыхательной газовой смеси и с возможностью регулирования положения головы внутри шлема.
Техническая задача решена в конструкции водолазного шлема, состоящего из котелка внутренний объем, которого разделен на две полости мягкой герметичной оболочкой. Котелок и мягкая герметичная оболочка герметично соединяются по периметру иллюминатора, по периметру фланца, травящего устройства и воздухоподающего устройства (или легочного автомата). Внутренняя полость котелка является внешней полостью мягкой герметичной оболочки. Котелок имеет два клапана, один размещен в нижней части котелка и предназначен для заполнения внутренней полости водой при погружении водолаза под воду, второй располагается в верхней части и предназначен для вытравливания воздуха из полости при заполнении ее водой. Во внутренней полости котелка располагаются: устройство для регулирования положения головы водолаза, воздухоподающее устройство (или распределительный блок с легочным автоматом), светильник, видео- или телекамера, кабели и соединители. Внутренняя полость мягкой герметичной оболочки сухая и предназначена для размещения головы водолаза. В ней размещаются: полумаска, телефонномикрофонная гарнитура, устройство обдува иллюминатора и устройство для выравнивания давления в среднем ухе. Котелок и мягкая герметичная оболочка имеют необходимый объем для размещения головы водолаза с максимально возможными антропометрическими параметрами и всех основных узлов.
Технический результат - шлем с достаточным внутренним объемом для размещения головы с максимальными антропометрическими параметрами, но минимальным весом на суше и минимальной положительной плавучестью в воде - достигается тем, что внутренний объем котелка разделен мягкой герметичной оболочкой на две полости, причем одна полость, предназначенная для размещения головы водолаза, остается сухой, а другая (балластная) заполняется водой при погружении шлема под воду, посредством двух клапанов расположенных на котелке. При этом положительная плавучесть шлема компенсируется заполняемой балластной водой только в момент погружения и ее нет необходимости компенсировать дополнительными грузами, а при выходе водолаза из-под воды, балластная вода внутри шлема сливается посредством тех же клапанов и шлем на суше принимает минимальный вес. Появляется возможность регулирования плавучести шлема самим водолазом в зависимости от условий его работы изменением объемов сухой и балластной полостей. Снижение веса шлема на суше достигается отсутствием дополнительных грузов, а также возможностью изготовления рыма, фланца и шейного кольца из легких материалов (пластики или легкие сплавы).
Технический результат - защита основных узлов от механических воздействий - достигается тем, что устройства, кабели и соединители, размещены внутри котелка и не подвергаются внешним воздействиям, а соединения шлема с внешними соединителями (воздушными шлангами, кабелями для связи, светильника камеры и т.п.), расположены в нижней затылочной части котелка, которая подвержена механическим воздействиям в малой степени.
Технический результат - возможность подогрева дыхательной газовой смеси - достигается тем, что в балластную полость котелка, в которой размещено воздухоподающее устройство, имеется возможность залить теплую балластную воду, которая обогревает воздухоподающее устройство и соединители, а также дыхательную газовую смесь, находящуюся в них, а также саму сухую полость мягкой герметичной оболочки и дыхательную газовую смесь находящуюся в ней, которая и поступает на вдох водолаза. Таким образом, дыхательная газовая смесь подогревается на двух этапах. На первом этапе в воздухоподающей арматуре и на втором этапе в сухой полости перед непосредственным поступлением на вдох водолаза. Помимо этого, теплая балластная вода обогревает и голову водолаза. Температура балластной воды может поддерживаться теплотой от светильника, от головы самого водолаза, от дополнительного подогревателя размещенного внутри котелка, а также проточной теплой водой через шланг, присоединенный к заливному клапану, при этом излишки воды сливаются через второй клапан.
Технический результат - возможность регулирования положения головы внутри шлема - достигается тем, что в балластной полости расположено устройство регулирования положения головы, состоящее из регулируемых водолазом ложементов лобно-височно-теменного и затылочно-теменного, а так же регулируемого ремешка для подбородка (при необходимости). Ложементы регулируются таким образом, чтобы голова с любыми возможными антропометрическими параметрами располагалась таким образом, чтобы лицо водолаза плотно прилегало к полумаске шлема. Положение полумаски фиксированное, обеспечивающее минимальное расстояние глаз водолаза от иллюминатора шлема.
На фиг. 1 показана принципиальная схема водолазного шлема в автоматном исполнении с включенной системой обдува иллюминатора и заполненной балластной полостью.
На фиг. 2 показана принципиальная схема водолазного шлема в вентилируемом исполнении с подачей проточной теплой балластной воды по шлангу с поверхности, фаза вдоха.
Водолазный шлем (фиг. 1, 2) состоит из:
- котелка 1 с иллюминатором 2, фланцем 3, клапаном 4 для заполнения шлема балластной водой при погружении водолаза в водоем, клапаном 5 для вытравливания воздуха и с мягкой герметичной оболочкой 6;
- полумаски 7 с клапаном вдоха 7.1; устройства для выравнивания давления в среднем ухе 8; устройства связи с микрофоном 9.1, динамиками 9.2 и кабелями 9.3; шейного кольца 10 с шейным обтюратором 10.1; рыма 11; устройства, регулирующего и фиксирующего положение головы водолаза, состоящего из лобно-височно-теменного ложемента 12.1, затылочно-теменного ложемента 12.2 и ремешка для подбородка 12.3;
- газоподающего устройства состоящего: из распределительного блока (блока клапанов) 13.1, устройства обдува иллюминатора 13.2, атмосферного клапана 13.3, легочного автомата 13.4 для автоматного исполнения (фиг. 1), блока подачи 13.5 для вентилируемого исполнения (фиг. 2) и соединителей (трубок или шлангов) 13.6;
- травящего устройства 14.2 (фиг. 2), которое для автоматного исполнения (фиг. 1) выполнено в виде клапана выдоха 14.1;
- узлов соединения с внешними источниками 15;
- опциональных устройств: светильника 16 (фиг. 1), устройства слива воды, сварочного щитка, видео- или телекамеры, легочного автомата выдоха для снаряжения с замкнутой системой дыхания вместо травящего устройства, нагревателя балластной воды (на фигурах не показаны), шланга для подачи теплой воды 17 (фиг. 2) для снаряжения с системой водообогрева.
Работа водолазного шлема не отличается от работы существующих шлемов - голова водолаза находится в сухой герметичной полости А (фиг. 1), водолаз дышит привычным образом с помощью известных устройств, выполняя привычные действия и манипуляции. Принципиальным отличием в работе изобретения является - заполнение балластной полости шлема Б балластной водой для компенсации положительной плавучести шлема в момент погружения водолаза в водоем и сливание ее при выходе водолаза из водоема. При этом клапаны 4 и 5, предназначенные для заливания воды и стравливания воздуха, могут управляться ручным способом самим водолазом, либо с помощью автоматических устройств, либо с посторонней помощью. Например, для работы при отрицательных температурах воды и воздуха, обеспечивающий может заполнить полость Б, с помощью воронки, заранее подогретой балластной водой через клапан 5 перед непосредственным погружением. Или может использоваться специальная система водообогрева, для чего шланг 17 (фиг. 2) присоединяется к клапану 5, тогда теплая балластная вода заполняет полость Б, а ее излишки через клапан 4 сливаются в окружающую среду, либо могут возвращаться в систему через присоединенный к нему шланг.
Для заполнения балластной полости Б водой из водоема, непосредственно при погружении, необходимо одновременно открыть клапаны 4 и 5 или поочередно - сначала клапан 4 для заполнения полости Б, а затем клапан 5 для вытравливания воздуха из полости Б и закрыть их после полного заполнения полости Б. Для слива балластной воды при выходе из водоема, необходимо опять открыть клапана 4 и 5 одновременно или поочередно - сначала клапан 5, затем клапан 4.
Отличительной особенностью является возможность регулирования положительной плавучести шлема посредством изменения объемов полостей А и Б (фиг. 1, 2). Для увеличения положительной плавучести необходимо приоткрыть любой из клапанов 4 или 5, и одновременно, загрубив травящее устройство 14.1 или 14.2, подать в полость А избыточное количество дыхательной газовой смеси, например, с помощью устройства обдува иллюминатора 13.2, которое вытеснит часть балластной воды и объем полости Б уменьшится, после чего клапаны 4 и 5 опять закрыть. Результатом станет увеличение объема полости А и как следствие увеличение положительной плавучести шлема. Для уменьшения положительной плавучести шлема, необходимо приоткрыть любой из клапанов 4 и 5, и одновременно создать разряжение в полости А, ограничив поступление дыхательной газовой смеси, посредством которого в полость Б добавится количество балластной воды и объем полости Б увеличится, после чего закрыть клапана.