4.2. Водолазные колоколы

Отдельную группу привязных обитаемых подвесных аппаратов составляют водолазные колокола.

4.2.1. Водолазное дело

Прежде чем перейти к описанию становления этого типа конструкций дадим несколько элементарных сведений из водолазного дела, под которым подразумевается вид деятельности, связанной с погружением человека под воду при проведении аварийно–спасательных и подводных монтажных работ.

Погружения подразделяются на глубоководные и неглубоководные. Под глубоководными подразумевают такое, при котором при возвращении на поверхность водолаз должен через определенные интервалы времени делать остановки. Если безопасно можно подняться на поверхность без остановки, то такое погружение считается неглубоководным (обычно это глубина 11 м).

Необходимость остановок при подъеме с глубины объясняется следующим образом.

Нормальное давление на земной поверхности составляет 1 атмосферу (0,1 МПа или 1 кгс/см²).

Для работы на глубине водолазу необходимо подавать воздух под тем же давлением, под которым он находится в воде на глубине. Каждые 10 м глубины увеличивают давление ~ 0,1 МПа.

Объем газа с увеличением давления уменьшается пропорционально давлению. Это значит, что на глубине 10 м газ будет иметь объем в два раза меньше того, что был на поверхности, т.е. водолазу необходимо подавать воздух в удвоенном количестве, чтобы обеспечить тот же объем (например, легких).

При повышении давления оказывает влияние сложное строение газовой смеси, которым является воздух. При атмосферном давлении воздух представляет собой смесь газов, в которой по объему азота 79%, кислорода 20,96% и доли процента других газов.

Существует закон парциальных давлений, согласно которому общее давление смеси газов равно сумме давлений, которое имели бы составляющие, если бы они занимали весь объем смеси (закон Дальтона).

На глубине 49 м парциальное давление кислорода такое, какое оно было бы, если бы мы дышали чистым кислородом. Важно, что с изменением давления биологические свойства газов кислорода и азота меняется в неблагоприятную сторону: кислород при повышенном давлении становится токсичным, а азот приобретает дурманящие свойства, становясь "веселящим газом".

Другой особенностью воздействия дыхательной смеси под давлением является ее растворимость в крови и тканях тела водолаза. При этом количество поглощенного газа пропорционально давлению. При резком подъеме и соответственно резком уменьшении давления газ, ранее поглощенный организмом, выделяется в кровеносную систему. Его пузырьки могут закупорить сосуды, что приводит к так называемой воздушной эмболии (кессонная болезнь), вызывающая конвульсии и далее летальный исход.

В 1910 году английский ученый Дж. Холдейн установил, что пузырьки газа выделяются из раствора при понижении давления более чем в два раза. Это открытие позволило разработать процедуру безопасного подъема из глубины, получившей название ступенчатой декомпрессии.

Суть этой технологии в том, что водолаз при подъеме делает остановки заданной длительности на определенных глубинах. Такой порядок подъема позволит безопасно постепенно удаляться излишкам газа в кровеносной системе водолаза. Так как количество растворенного газа зависит от глубины и длительности пребывания под водой, время, необходимое для декомпрессии с конкретной глубины, зависит и также оказывается связанной с этими величинами. Для учета сложного воздействия факторов глубины и длительности подводной работы составлены таблицы безопасного порядка декомпрессии.

Особой разновидностью погружения и всплытия является ныряние без дыхательного аппарата (например, ловцами жемчуга). В этом случае человек зависит от количества воздуха, набранного в легкие при глубоком вдохе. Очевидно, насыщение организма ныряльщика излишками газов в данном случае не произойдет. Но этот вид погружения весьма кратковременный и не может обеспечить выполнение какой-либо систематической деятельности под водой.

Как уже указывалось, погружение на небольшие глубины и кратковременные ныряния известны с древнейших времен.

Практически же пригодное для подводной деятельности снаряжение – скафандр был изобретен в Англии в начале XVIII века. Он представлял собой водонепроницаемую оболочку из кожи объемом 1,7 м³ воздуха внутри. В 1819 году А. Зибе предложил конструкцию, ставшую прототипом современного водолазного скафандра. Для глубоководных погружений используют скафандр, имеющий шлем, костюм, грузовой ремень, водолазные галоши, регулирующий клапан, шланг для подачи воздуха, обратный клапан, систему связи, спасательный леер и ручной насос подачи воздуха. Водолазный скафандр в снаряженном виде герметичен. Увеличивающуюся силу плавучести от подачи воздуха внутрь компенсирует вес водолазного ремня (36 кг), водолазных галош (18 кг), шлема (27 кг).

В водолазном снаряжении для малых глубин используются легководолазные комплекты, которые были созданы во время Второй мировой войны в Англии и Италии.

В состав комплекта входит эластичный резиновый гидрокостюм, плотно облегающий все тело, кроме кистей рук, маски, дыхательной трубки и небольших цилиндрических баллонов для дыхательных смесей. Баллоны закрепляются на спине пловца. Если надо исключить появление пузырьков на поверхности, в состав снаряжения вводится поглотитель углекислого газа. Так выглядит легководолазное снаряжение с замкнутой системой дыхания.

Все те же годы над изобретением аппарата с открытой схемой дыхания сжатым воздухом работал француз Жан-Ив-Кусто и Эмиль Ганьян. Им в 1943 году удалось изобрести эффективный аппарат такого назначения – акваланг, который в послевоенные годы завоевал широкую популярность и используется для погружений на глубину до 60 м без вредных последствий.

Сложность воздействия давления воды от глубины погружения и биологические свойства газов, входящих в состав воздуха привели к разработке специальных дыхательных смесей (например, с заменой азота нейтральным газом – гелием и др.), а также технологии работы с "насыщением", когда декомпрессия проводится не при каждом подъеме из глубины. Суть второго метода, получившего название метода длительных погружений (ДП) состоит в том, что декомпрессия выполняется один раз после многодневного пребывания под рабочим давлением. Отдых водолазов проводится в специальных барокамерах, которыми оборудуются суда-обеспечения или подводные камеры-жилища. При этом системы обеспечения таких барокамер наполнены оптимальной для данной глубины газовой смесью, сжатой до давления, соответствующего рабочей глубине. В таких условиях рабочий день водолазов увеличивается до 4…5 часов вместо 20…30 минут, допускаемых при обычных кратковременных погружениях (на глубины до 200 м).¹⁶ Длительное пребывание водолаза важно для выполнения многих работ по освоению шельфа. Работы в этом направлении выполнялись во многих странах мира, в СССР с 1949 года отделение НИИМО¹⁷ в г. Ломоносове.

К 1970 году были проведены экспериментальные спуски на Черном море с длительным пребыванием под водой: на глубину 5 м с временем пребывания 29 суток, 40 м – 10 суток (с 2-х суточной декомпрессией), 100 м – 30 суток (с 4-х суточной декомпрессией). Позднее эти работы были продолжены.

С 70–80-х годов прошлого столетия метод насыщенных погружений нашел практическое применение в нашей стране и за рубежом, особенно при выполнении водолазных работ на морских нефтепромыслах.

Ныне на спасательном судне пр. 21300, что строится на Ленинградском Адмиралтейском Объединении, предусмотрен водолазный комплекс для глубин 450…500 м с использованием метода ДП.

Использования метода работы с насыщением предполагает возможность транспортировки водолазов к месту работы на глубине и к барокамерам на судах обеспечения, для чего нужны соответствующие совершенные герметизированные водолазные колокола (транспортировочные камеры). Такие водолазные колокола были созданы в разных странах.