Водолазный колокол. Водолазный колокол - дедушка батискафа и водолазного костюма

<< ---
--->> ВОДОЛАЗНЫЕ СПУСКИ на РУСИ

Идея использования ныряльщиками для дыхания под водой воздуха, содержащегося в опрокинутых вверх дном прочных сосудах, которые надевались на голову, была более успешно реализована в водолазном колоколе, изобретенном в XVI веке. Водолазный колокол открыл новую страницу в истории водолазного дела. Применение колокола значительно увеличило время пребывания водолаза под водой по сравнению с нырянием и к тому же увеличивало возможную глубину погружения сравнительно с применением для дыхания водолаза тростниковой трубки.

Первое сообщение о применении водолазного колокола относится к 1538 г. На реке Тахо (г. Толедо, Испания) 2 греческих акробата давали представление перед Карлом V, входя внутрь колокола собственной конструкции, выполненного в виде горшка. Свечи, зажженные перед погружением колокола, к изумлению зрителей, продолжали гореть и после его подъема. В 1595 г. Веранцио опубликовал сведения о водолазном колоколе и дал его изображение. Английский государственный деятель и философ Френсис Бэкон (1561-1626) предложил такой способ: когда ныряльщик уже не может больше задерживать дыхание, он засовывает голову в заранее опущенный в воду сосуд с воздухом, чтобы наполнить легкие, после чего выходит из колокола и продолжает работу.

В 1597 г. появился колокол Бонаюто Лорини, близкий по конструкции камере Лорены, но оборудованный платформой для водолаза и предназначенный для фортификационных работ. В 1609 г. Б.Лорини опубликовал в Венеции книгу «Фортификация», в которой указал на пользу аппаратов, предложенных для продолжительного пребывания человека под водой в тех случаях, когда возникает надобность поднять со дна моря артиллерийские орудия или произвести работу на затонувших кораблях. В 1616 г. художник Франц Кесслер из Вецлара сообщил данные о своем изобретении «водной брони» - деревянного водолазного колокола. Человек, находясь внутри прикрепленного к нему колокола, передвигается по дну, катя колокол на специальных шарах-ядрах.

В 1625 г. испанец Франциско Меливан при поиске и подъеме затонувших судов использовал водолазный колокол, изготовленный в Гаване. Колокол медленно тянули над грунтом, а находящийся в нем наблюдатель производил поиск. С затонувшего судна «Святая Маргарита» было поднято 350 серебряных слитков, много монет, бронзовые пушки и медные изделия.

Особенно успешную работу с использованием водолазного колокола проделал английский капитан судна и водолаз Уильям Фипс, который вместе с ныряльщиками-индейцами в 1686-1687 гг. поднял с затонувшего у Багамских островов испанского галеона «Нуэстра сеньора де ла Кансепсьон» золото, серебро и другие сокровища стоимостью 300 тыс. фунтов стерлингов. Применялся примитивный водолазный колокол, покрытый слоем свинца, с окошком в верхней части и сиденьями для водолазов внутри. Фипс был удостоен рыцарского звания, назначен губернатором Массачусетса и получил часть добытых им ценностей на сумму более 11 тыс. фунтов стерлингов.

Первые водолазные колокола представляли собой деревянные или металлические сосуды, опрокинутые вверх дном. Под таким сосудом помещался спускающийся водолаз. По мере погружения под воду уровень воды в колоколе поднимался, воздушная подушка уменьшалась, а давление в ней повышалось. Пребывание водолаза в таком колоколе не превышало 30-40 мин, поскольку в воздушной подушке скапливался углекислый газ и снижалось процентное содержание кислорода. К тому же тело водолаза не было защищено от воздействия низкой температуры воды, что также способствовало уменьшению времени пребывания под водой.

Остро стоящую проблему замены израсходованного в водолазном колоколе воздуха свежим различные исследователи и конструкторы пытались решить по-разному. В 1672-1676 гг. немецкий физик И.Х.Штурм построил и испытал водолазный колокол высотой 4 м, воздух в который добавлялся из бутылок, разбиваемых по мере необходимости под водой. В работе итальянского математика и физика Джиованни Альфонсо Борелли, опубликованной в 1680 г. уже после его смерти, была выдвинута идея удалять из-под колокола использованный воздух, подавая вместо него по шлангам свежий. В 1689 г. французский физик Дени Папен впервые дал точное научное описание колокола, в котором замена газовой среды и поддержание постоянного внутреннего давления может обеспечиваться непрерывной подачей воздуха с поверхности с помощью насоса. В колоколе было предусмотрено использование его главных изобретений - вентиля и невозвратного клапана.

В 1691 г. английский астроном и геофизик Эдмунд Галлей, именем которого названа знаменитая комета, запатентовал изобретенный им водолазный колокол, в 1716г. сделал о нем доклад на заседании Королевского научного общества, а в 1717 г. построил колокол, который имел форму усеченного конуса с толстым стеклом в верхней части для естественного освещения. Он был обшит свинцовыми листами и снабжен тремя металлическими болванками на платформе, находившейся примерно на 1 м ниже входного отверстия. По-видимому, опасаясь обвинения в плагиате колокола Д.Папена, Э.Галлей не воспользовался идеей нагнетания воздуха в колокол, а обновлял воздух в колоколе с помощью бочонков, посылаемых с поверхности. Вместе с четырьмя водолазами Э.Галлей спускался в колоколе и провел полтора часа на глубинах 16-18 м. К счастью для ученого и водолазов, опыт закончился удачно, но если бы они задержались на этих глубинах дольше, то у них могло развиться декомпрессионное заболевание. Следует также отметить, что из-за большой массы колокола его подъем на поверхность происходил достаточно долго, т.е. происходила декомпрессия. Если бы в ходе этого опыта произошел несчастный случай, развитие техники водолазных погружений могло быть надолго задержано.

Поначалу возможности проникнуть в глубины океана были ограничены запасом воздуха в легких ныряльщика и длиной дыхательной трубки. Прошли столетия, прежде чем изобретатели создали специальные средства для проникновения под воду. Одними из первых были водолазные колокола. Само название «колокол», появилось оттого, что подводным сосудам часто стали придавать конусообразную форму. Такой аппарат наиболее устойчив при погружении, а столб воды, заходящей снизу, оказывается сравнительно невысок. Еще в V веке до н.э. Геродот писал о том, что его современники использовали водолазный аппарат, опускавшийся на дно рек. В 332 году до н.э., по свидетельству Аристотеля, Александр Македонский во время осады финикийского города Тира спускался на дно в водолазном колоколе — перевернутом сосуде, наполненном воздухом. Как отмечает летописец, «чудеса Божьи изумления всяческого достойны», произнес царь Македонии, вновь оказавшись на суше.

К сожалению, он не сообщил, зачем царю понадобился такой спуск. О первой подводной атаке с помощью водолазных колоколов, произошедшей в III веке нашей эры, рассказывал лишь Дион Кассий. Он описал, как защитники Византии напали на блокирующие гавань галеры римского императора Люция Септимия Севера.

Что же представлял собой водолазный колокол? В своем труде «Военная архитектура» Франческо де Марчи описывает такое устройство, построенное в 30-е годы XVI века Гульельмо де Лорено. Сосуд цилиндрической формы со стеклянными иллюминаторами держался на плечах водолаза с помощью двух опор. Лорено в своем колоколе, который одновременно смахивал и на первый водолазный скафандр, погружался на дно озера Неми. Целью погружения, длившегося целый час, был поиск затонувших галер Калигулы.

Однако воздуха в малом сосуде было не так уж много. Поэтому в Средние века водолазными колоколами стали служить открытые снизу деревянные ящики или большие бочки с платформой для водолазов. При погружении вода поступала в колокол снизу и сжимала воздух до тех пор, пока не устанавливалось состояние равновесия.

Подобный колокол успешно использовался в 1663 году при подъеме пятидесяти орудий с затонувшего у берегов Швеции военного корабля «Ваза».

В 1717 году англичанин Галлей предложил использовать дополнительные воздушные резервуары для подачи воздуха в водолазный колокол. Для выпуска отработанного воздуха в корпусе колокола устанавливался выпускной клапан. Галлей лично испытал колокол: вместе с четырьмя водолазами он опустился на глубину 18 м, погружение продолжалось полтора часа.

Поначалу водолазные колокола применялись лишь при строительстве подводных объектов и поисков сокровищ на затонувших кораблях. Однако в мае 1939 года благодаря водолазному колоколу удалось спасти и экипаж из 33 человек затонувшей у побережья Америки подлодки «Сквалус». Со спасательного судна «Фалькон» точно на люк лодки, лежавшей на глубине 73 м, был опущен 10-тонный подводный колокол с двумя отделениями. Спасатели продули сжатым воздухом колокол для того, чтобы вытеснить воду, и открыли люк лодки. Часть команды «Сквалуса» перешла в колокол, который затем благополучно подняли на поверхность. Таким образом, в три приема был спасен весь экипаж.

К глубоководным средствам спуска (рис. 6.5 и 6.6) относят спуско-подъемные устройства (СПУ), предназначенные для спусков водолазов на глубины более 60 м и ускоренного подъема их с глубины с последующим переводом в поточно-декомпрессионные камеры. СПУ включают:

Водолазный колокол с платформой;
- устройство для выноса колокола за корму (за борт);
- спуско-подъемную лебедку;
- тросовую оснастку колокола с амортизаторами, тросовыми стопорами и счетчиками длины вытравленного троса;
- бортовые беседки с устройствами спуска и подъема;
- вьюшки для шлангов и кабелей к водолазному колоколу и к водолазам;
- средства связи с водолазами;
- средства подводного освещения.

Рис. 6.5. Спуско-подъемное устройство кормового расположения: 1 - спуско-подъемная стрела; 2 - поворотная кран-балка с беседкой; 3 - водолазный колокол; 4 - поточно-декомпрессионная камера; 5 - грузовая лебедка; 6-балласт; 7 - направляющий трос; 8- платформа колокола

Рис. 6.6. Спуско-подъемное устройство бортового расположения: 1 - водолазный колокол; 2 - заваливающаяся кран-балка; 3 - однобарабанная вьюшка; 4 - трехба-рабанная вьюшка; 5 - спасательный колокол; 6 - поточчо-декомпрессионная камера; 7 - грузоподъемная лебедка; 8 - платформа колокола; 9 - спусковая беседка

В зависимости от размещения на корабле различают спуско-подъемные устройства кормового и бортового расположения. Различие между ними в основном в способе присоединения водолазного колокола к поточно-декомпрессионной камере. При кормовом расположении СПУ колокол переводят из вертикального положения в горизонтальное, укладывают на тележку и по рельсам транспортируют к поточно-декомпрессионной камере правого или левого борта. При бортовом расположении СПУ колокол в вертикальном положении переносят непосредственно к приемному отсеку декомпрессионной камеры.

Водолазный колокол (рис. 6.7) представляет собой стальной цилиндр, закрытый сверху глухим сферическим днищем, а снизу - днищем с входным люком, закрывающимся изнутри крышкой. Колокол при кормовом расположении СПУ может работать только на внутреннее давление до 10 кгс/см 2 . У колокола бортового расположения СПУ крышка люка имеет кремальерный затвор, что позволяет колоколу работать как на внутреннее, так и на наружное давление до 10 кгс/см 2 .

Колоколы СПУ кормового и бортового расположения имеют снаружи рымы для подвески (траверсы) спускового троса, присоединительные устройства для платформы, воздушные и кабельные вводы и фланец для соединения колокола с поточно-декомпрессионной камерой. Внутри колоколов смонтированы трубопроводы подачи воздуха и осушения, клапан затопления и устройства для подвеса, освещения и телефонной связи.

Платформа водолазного колокола представляет собой массивную металлическую площадку, шарнирно подвешенную или прикрепленную болтами к корпусу колокола, с рымами для направляющих тросов, сиденьями, устройством для раскрепления светильников, стопорами водолазных шлангов и леерным ограждением. Платформа предназначена для размещения водолазов на время спуска и подъема до перехода в колокол, а также для размещения некоторого количества водолазных шлангов, инструмента и приспособлений, необходимых для работы под водой. Она служит также балластом для придания колоколу отрицательной плавучести до 200-250 кгс.

Спуск водолазного колокола кормового СПУ производится двухбарабанной электрической лебедкой с тросоукладчиком. Тяговое усилие на каждом барабане 3 тс. Канатоемкость барабанов по 440 м троса диаметром 17,5 мм. Каждый барабан имеет кулачковое включение и ленточный тормоз. Скорости спуска и подъема водолазного колокола: 5, 10, 15 и 20 м/мин.

Рис. 6.7. Водолазный колокол кормового СПУ: 1 - рым для подвески; 2 - ограждение штуцеров; 3 - блок аварийного троса; 4 - обух подвеса; 5 - клапан затопления; 6 - ограничитель; 7 - направляющие полосы; 8 - корпус; 9 - фланец комингса люка; 10 - трубопровод осушения; 11 - рым для заваливания колокола; 12 - запорный клапан

Направляющими колокола служат пеньковые канаты окружностью 125 мм, длиной по 250 м с грузами по 100 кг. Эти канаты пропускаются через разъемные муфты на оконечностях крыльев платформы. Для поворота колокола из вертикального положения в горизонтальное служит стальной поворотный трос колокола диаметром 21,5 мм. Водолазные шланги и кабели длиной по 260 м каждый выбираются вручную.

При бортовом СПУ шланги и кабели размещены на вьюшках, спуск и подъем их механизированы. Все механизмы СПУ работают синхронно. Скорости спуска и подъема колокола, шлангов и кабелей при спуске от 7-9 до 21-24 м/мин, а при подъеме от 5-6 до 18-20 м/мин. Подъемная лебедка имеет на каждом барабане тяговое усилие 5 тс, трос диаметром 25 мм, длиной 600 м, с разрывным усилием около 35 тс, канатоемкость каждого барабана 270 м.

Направляющие тросы - стальные, диаметром 18,5 мм, длиной 300 м каждый, пропущены через клиновые тросовые стопоры, траверсы и служат средством аварийного подъема водолазного колокола.

Спуск водолазов с палубы в воду до платформы водолазного колокола производится на водолазной беседке с помощью поворотной кран-балки. Грузовой трос выбирается электролебедкой с тяговым усилием 350 кгс (кормовое СПУ) при скоростях подъема и спуска беседки 5 и 11 м/мин или электрической лебедкой - 1000 кгс (бортовое СПУ). Технические данные водолазного колокола приведены в табл. 6.1.

Люди очень любознательны и очень любят золото. «А как бы добраться во-о-он до того затонувшего корабля и извлечь из его трюма слитки драгоценного металла и монеты…» — и ныряльщики подныривали, хватали, что успели ухватить, и стремглав спешили к поверхности, к спасительному воздуху.

Люди довольно давно обнаружили, что если перевернутую кружку погрузить вертикально в воду, в ней держится . Был придуман, а потом реализован подводный колокол. Подводный колокол был изобретен… давно. И в бумагах Леонардо Да Винчи было что-то «этакое», и Фрэнсис Бэкон в 1620 году писал нечто «об этом»… Ну, если глубоко вчитаться.

В 1531 году в озере близ Рима прошел испытание самый первый колокол. В середине XVII века шведы при помощи колокола снимали пушки с затонувшего корабля «Ваза».

В конце XVIII века доставлять воздух в колокол предложили с помощью насоса. В общем — идея витала в воздухе, все ученые знали, что это возможно. Теоретически. И даже были известны случаи успешного применения устройства.

В декабре 1830 года у берегов Бразилии разбился фрегат «Тетис», перевозивший почти миллион фунтов стерлингов в звонкой монете. Это был не нынешний миллион, а миллион два века назад, когда вполне хорошо и комфортно можно было жить на 2000−3000 фунтов в год.

Затонул фрегат со всеми перевозимыми сокровищами совсем рядом с берегом, в бухте, на глубине от 10 до 20 метров. На глубину 10 м хороший вполне может донырнуть, если вода тихая и нет волн и течений. К сожалению, место было очень неспокойное. Сильные течения, частые шторма исключали работу «просто ныряльщиков».

Ввиду крайне сложных условий командование английской эскадры вначале даже отказалось от попыток спасти груз. Однако командир шлюпа «Лайтнинг» Томас Дикинсон не согласился с мнением начальства. Он был хорошо образован и очень изобретателен. Однако то, что он часто противоречил своему начальству и при этом обычно оказывался прав, — сильно вредило его карьере и умножало число его недоброжелателей.

Вот и в этом случае, не согласившись с начальством, он предложил план — как можно поднять затонувшее золото. Руководство обозлилось и, желая подставить подчиненного, …разрешило спасательную операцию. Казалось, что размеры бухты, постоянные течения, непрекращающееся сильное волнение и глубина воды надежно скрывают затонувшие сокровища.

Получив разрешение, капитан начал изобретать. Из железной водяной цистерны Дикинсон сделал «как бы подводный колокол». Обычный насос для откачки воды решено было применить для подачи воздуха, а чтобы шланги выдержали давление воды, их обернули сильно просмоленной парусиной.

Порохом взорвали вершину одной из скал в заливе. Когда убрали взорванное, получили ровную площадку, годную для сооружения грузовой стрелы, на конце которой было решено подвесить колокол. Стрелу соорудили из мачты затонувшего фрегата. Связь с людьми в колоколе обеспечивала грифельная доска, на которой люди внизу писали что-то — и дергали веревку, давая знак, чтобы сверху вытягивали доску. Прочитав, доску отправляли по той же веревке вниз с ответом. Уже во время первого, пробного спуска, снизу передали доску с надписью «Опускайте осторожнее, видим внизу деньги». С помощью стрелы и колокола удалось достать свыше 130000 фунтов. А потом разразился шторм, разрушивший стрелу.

Остальные деньги выловили из воды, подвесив колокол на канатах, протянутых с острова на остров. Колокол раскачивался и несколько раз бился о скалы. Несколько раз при этом он повреждался настолько, что его приходилось менять. Много раз водолазы рисковали жизнью, но в этом случае никто не погиб. В ходе спасательной операции из воды было извлечено более 90% перевозимых на корабле денег.

Так было доказано, что колокол вполне пригоден для использования под водой. Осталось изобрести водолазный костюм… По правде говоря, их изобретали задолго до этого. В 1819 году англичанин Август Зибе придумал открытый водолазный костюм. Шлем с окошками, шланг, по которому помпа с поверхности гонит воздух, и кожаная рубаха до пояса. Но если споткнешься или нагнешься — воздух улетучится, и ага…

122 126 ..

Устройство некоторых образцов водолазных колоколов

Водолазный колокол компании «Тейлор» (США)

Водолазный колокол компании «Тейлор» (США) рассчитан на спуски водолазов в шланговом снаряжении и разработан в двух вариантах: с нахождением системы газоснабжения на поверхности и с ее размещением в самом колоколе.

Рекламируемое компанией преимущество второго варианта спорно, так как требует выполнения всех манипуляций по контролю и обеспечению газоснабжения обеспечивающим водолазам, находящимся под давлением и в стесненной обстановке. Выполнение таких манипуляций оператором, находящимся на судне в нормальных условиях, несомненно, более просто и надежно. Кроме того, при первом варианте вместо одного шланга для подачи в колокол газовой смеси он связан с поверхностью тремя шлангами, что усложняет спуск колокола.

Размещение системы газоснабжения в самом колоколе ограничивает запас газовых смесей в баллонах, который может быть недостаточным для обеспечения дыхания водолазов в аварийных ситуациях.

Колокол по обоим вариантам имеет одинаковый цилиндрический корпус с нижним расположением выходного люка, рассчитанный на двух водолазов, один из которых в снаряжении ведет работу под водой по выходе из колокола, а второй, без снаряжения, находится в колоколе, обеспечивая работу первого.

Вариант колокола с собственной системой газораспределения (рис. 7.4) имеет две замкнутые ветви циркуляции газа: первая обеспечивает внутреннее пространство колокола, а вторая - работающего в воде водолаза.

Рис. 7.4. Схема устройства водолазного колокола компании «Тейлор»;
1- источник горячей воды на поверхности; 2 и 7- глушители; 3 - всасывающий поршневой насос; 4 - отсек вспомогательных механизмов; 5 - основной двигатель; 6 - нагнетающий поршневой насос; 5 - баллон с кислородом; 9 - прибор управляющий подачей кислорода; 10- кислородный датчик; -гелиевый баллон; 12 - кислородный баллон; 13 - смеситель; 14 - баллон с готовой газовой смесью; 15 - редуктор; 16 - глушитель; 17 - аппарат поглощения углекислоты; 18 - обогревательный змеевик (расположен за аппаратом поглощения); 19 - нагнетательный ресивер; 20 - шланг подачи газа водолазу; 21 - аварийные маски; 22 - запасные баллоны газовой смеси; 23 - водолазный шлем; 24 - отсасывающий шланг; 25 - приемник горячей воды; 26 - комбинированный шланг; 27 - выходная шахта; 28 - люк; 29 - всасывающий ресивер; 30 - шланг подачи воды водолазу; 31 - отстойник; 32 - контрольный прибор; 33- баллон с гелием; 34 - шланг подачи горячей воды; 35 - корпус колокола.

Находящаяся во внутреннем пространстве газовая смесь для очистки засасывается поршневым насосом 6, через глушитель 7 нагнетается в нагнетательный ресивер 19, где очищается от влаги. Из ресивера смесь поступает в аппарат 17 поглощения углекислого газа, из которого всасывается насосом 3 и через приемный ресивер 29 и отстойник 31 снова поступает в колокол.

При циркуляции смеси по описанной схеме она обогащается кислородом из баллона 8. При необходимости увеличения общего количества смеси в колоколе (например, при увеличении в нем давления) она подается в систему колокола с поверхности из баллона 14 через редуктор 15 или из гелиевого 11 и кислородного 12 баллонов через смеситель 13.

Кроме того, колокол имеет запасные баллоны 22 с готовыми газовыми смесями, которые могут подаваться в систему циркуляции.

Дыхание водолаза, работающего в воде вне колокола, обеспечивается подачей по шлангу 20 в шлем 23 водолазного снаряжения. Смесь к шлему подается под давлением, несколько превышающим давление окружающей среды, и ее поступление на дыхание регулируется самим водолазом. Смесь из подшлем-ного пространства поступает по шлангу 24 в систему общей циркуляции колокола.

Наиболее важно в циркуляции газовой смеси поддержание нужного парциального давления кислорода, которое при больших давлениях лежит в очень узких пределах. Для контроля содержания кислорода в газовой смеси служит датчик 10, соединенный с прибором, управляющим подачей кислорода. Этот прибор управляет электромагнитными клапанами баллона 8.

Кроме рассмотренных систем циркуляции газовых смесей колокол имеет систему водяного обогрева. Горячая вода подается в колокол из источника 1, установленного на поверхности, по шлангу 34. В колоколе вода с помощью змеевика 18 обогревает его внутреннее пространство и по шлангу 30 подается к приемнику 25 водолазного снаряжения. Отработанная горячая вода из снаряжения сливается в окружающую среду. Обогрев водолаза регулируется по его указаниям изменением открытия крана, через который вода поступает в приемник.

Для дыхания водолазов в аварийных случаях при отказе системы циркуляции газовой смеси водолазы используют аварийные маски 21, к которым газовая смесь поступает с поверхности или из запасных баллонов.

Вариант колокола с нахождением системы газоснабжения на поверхности имеет внутри только магистрали, вентили и приборы для обеспечения дыхания работающего в воде водолаза и использования аварийных масок, а также для регулирования подачи горячей воды. Все остальные устройства и приспособления, установленные на ранее описанном варианте колокола, вынесены на поверхность и установлены на обеспечивающем судне.