Расчетное обеспечение водолазных спусков

Расчетное обеспечение водолазных спусков

Реферат

Расчетное обеспечение водолазных спусков

Расчеты по вентиляции барокамер и пополнению их газовой среды кислородом

При проведении в барокамерах тренировочных спусков, декомпрессии водолазов после спусков под воду и лечебной рекомпрессии требуется знать параметры вентиляции отсеков, а в случае использования системы регенерации с химическим поглотителем ХП-И - порядок обогащения газовой среды кислородом.

Время, через которое в барокамере накопится 1 % СО2, т.е. время, через которое необходимо провести первую вентиляцию барокамеры, можно определить по формуле:

,

где Т - время, мин; 60 - коэффициент для перевода часов в минуты; Vбк - объем барокамеры, м3; n - число человек в барокамере; 2,5 - необходимый объем подаваемого в барокамеру воздуха, равный 2,5м3 при условии, что 1 человек, находящийся в барокамере, выдыхает 25 л/ч углекислого газа, а содержание СО2 в газовой среде барокамеры не превышает 1%, приведенного к нормальному давлению.

Время до первичной и повторной вентиляции барокамеры и ее отсеков в зависимости от количества находящихся в ней людей должно быть сведено в таблицу, которая вывешивается на пульте контроля и управления барокамеры или на ее наружной поверхности.

Следует иметь в виду, что при однократной вентиляции барокамеры концентрация углекислого газа в газовой среде уменьшается только на 50 % от исходной величины. Следовательно, последующие вентиляции необходимо проводить через вдвое меньший промежуток времени. Если на вентиляцию барокамеры будет израсходовано 2 объема сжатого воздуха, то концентрация углекислого газа снизится на 75 % от исходной величины.

Количество свободного воздуха (при нормальном давлении), которое необходимо подать в барокамеру для однократной вентиляции, зависит от объема барокамеры (или ее отсека) и величины давления в ней.

Расчет объема свободного воздуха, необходимого для однократной вентиляции барокамеры, определяется по формуле:

= Vбк ∙ (Рбк + 1),

где Q - объем свободного воздуха (нм3) при нормальном давлении, необходимый для однократной вентиляции барокамеры; Vбк - объем барокамеры, м3; Рбк + 1 - абсолютное давление в барокамере в кгс/см2 (давление по манометру + атмосферное давление).

Перед вентиляцией необходимо рассчитать остаточное давление в баллонах, по достижении которого в камеру будет подан необходимый для вентиляции объем воздуха. Остаточное давление в баллонах рассчитывается по формуле:

,

где Р0 _ остаточное давление воздуха в баллонах после вентиляции барокамеры, кгс/см2; Vб - объем баллонов, м 3; Рн - начальное давление воздуха в баллонах, кгс/см2; Q - объем воздуха, необходимый для однократной вентиляции барокамеры, м3.

При проведении лечебной рекомпрессии с использованием кислорода для лечения кислородного голодания, утопления, отравления выхлопными газами и нефтепродуктами в случае использования для дыхания кислородом в барокамере кислородных ингаляторов с открытой схемой дыхания или изолирующих кислородных аппаратов (например, аппарата ИДА-57 или ИДА-72Д2 с отсоединенной трубкой выдоха) необходимо исключить накопление в атмосфере барокамеры кислорода более 25%. С этой целью барокамеру периодически вентилируют воздухом в соответствии с расчетом.

Время первой вентиляции от момента начала дыхания пострадавшего кислородом определяется расчетным путем по формуле:

,

где Т - время, мин; Vбк - объем барокамеры, л; n - число водолазов, которые используют для дыхания кислородные аппараты по открытой схеме дыхания; q - легочная вентиляция

пострадавшего (8-10 л/мин).

Последующие вентиляции проводятся через вдвое меньшие промежутки времени. Расход воздуха на каждую однократную вентиляцию приведен выше.

В случае использования системы регенерации с химическим поглотителем ХП-И и обогащением газовой среды кислородом требуется рассчитать количество подаваемого кислорода по объему и по величине падения давления в баллонах - хранилищах кислорода.

Необходимое количество кислорода, подаваемого в барокамеру, предварительно рассчитывается по формуле:

,

где Q - количество подаваемого кислорода, приведенное к нормальному давлению, м3; С2 - заданное содержание кислорода в газовой среде барокамеры, %; С1 - исходное содержание кислорода в газовой среде барокамеры, %; Vбк - объем барокамеры, м3; Р - абсолютное давление газовой среды в барокамере (Р = Рбк + 1), кгс/см2.

Количество кислорода, которое необходимо подать из баллонов - хранилищ, определяется по величине падения в них давления. В случае использования одного транспортного 40-литрового баллона с кислородом расчет проводится по формуле:

,

где - величина падения давления в транспортном баллоне, кгс/см2; Q - объем кислорода, необходимый для подачи в барокамеру, м3; 0,04 - объем транспортного баллона, м3.

Расчет запасов воздуха для проведения лечебной рекомпрессии

Запас воздуха для проведения лечебной рекомпрессии по выбранному режиму зависит от объема лечебного отсека, величины максимального давления по режиму лечебной рекомпрессии, ее продолжительности и расхода воздуха на вентиляцию барокамеры.

Для определения запасов воздуха на проведение лечебной рекомпрессии необходимо рассчитать его объем, требующийся на первоначальное заполнение барокамеры для создания заданного давления по режиму декомпрессии. Расчет проводится по формуле:

= Vбк ∙ Рбк

где Q - свободный объем воздуха для заполнения барокамеры, м3; Vбк - объем отсека барокамеры, в котором проводится лечение, м3; Рбк - заданное избыточное давление режима лечебной рекомпрессии, кгс/см2.

Таким же способом рассчитывается расход воздуха на проверку герметичности барокамеры при максимальном давлении.

Расход воздуха на вентиляцию отсека барокамеры или всей барокамеры рассчитывается так, как указано выше. При этом Рбк должно соответствовать абсолютному давлению на остановках, на которых проводится вентиляция.

Зная расход воздуха на создание заданного давления в барокамере, на вентиляцию барокамеры при наибольшем давлении лечебного режима и в процессе декомпрессии, легко подсчитать общий расход воздуха на проведение лечебной рекомпрессии. Такие расчеты для конкретной барокамеры и применения различных режимов лечебной рекомпрессии целесообразно сделать заранее для определения запаса воздуха, необходимого для выполнения водолазных работ.

Расчет расхода воздуха на спуск водолаза в вентилируемом снаряжении

Расход воздуха на спуск водолаза в вентилируемом снаряжении складывается из расхода воздуха на подачу водолазу во время его пребывания на глубине спуска и при декомпрессии под водой, а также на декомпрессию водолаза в барокамере.

Расход воздуха при использовании водолазом вентилируемого снаряжения должен составлять 80-120 л/мин (с учетом тяжести выполняемой работы) под давлением, равным глубине погружения.

Зная глубину спуска, время пребывания на ней и минутный расход воздуха, можно ориентировочно определить расход воздуха, подаваемого водолазу за период пребывания на грунте, по формуле:

 = q ∙t ∙ Pсп ,

где Q - расход свободного воздуха за время пребывания на глубине спуска, q - минутный расход свободного воздуха при нормальном давлении, л/мин; t - время пребывания водолаза на глубине спуска, мин; Рсп - абсолютное давление на глубине спуска, кгс/см2.

Пример. Водолаз в трехболтовом водолазном снаряжении выполняет тяжелую работу на грунте на глубине 30 м в течение 30 мин. Определить расход свободного воздуха за период работы на грунте. Принимаем= 120 л/мин.

 = q х t х Рсп= 120 х 30 х 4= 14400л = 14,4м3.

В период спуска минутный расход подаваемого водолазу воздуха (объем вентиляции скафандра) можно определить по величине падения давления в баллоне за определенный период времени. Зная объем баллона, величину падения давления и время, в течение которого проводилось определение расхода воздуха, можно рассчитать объем воздуха, подаваемого водолазу, по формуле:

,

где q - минутный расход свободного воздуха, л/мин; V6 - объем баллона, л; Рн - начальное давление воздуха в баллоне, кгс/см2; Ро - остаточное давление воздуха в баллоне, кгс/см2; t - время расхода (замера), мин; Рсп - абсолютное давление на глубине спуска, кгс/см2.

Пример. Водолаз находится на глубине 50 м (Р = 6 кгс/см2). Воздух водолазу подается из баллона объемом 40 л (V6 = 40 л). Замер расхода воздуха проводился в течение 5 мин (t = 5 мин). Начальное давление воздуха в баллоне составляло 100 кгс/см2 (Рн = 100 кгс/см2), остаточное давление Р = 25 кгс/см2. Минутный расход свободного воздуха составит:

Расход воздуха на подачу водолазу в процессе декомпрессии под водой проводится также, как расход во время пребывания на грунте. При этом Рсп соответствует абсолютному давлению на остановке, t - времени выдержки на ней по режиму декомпрессии, q - минутному расходу воздуха для вентиляции скафандра, который можно принять за 50 л/мин, так как водолаз находится в состоянии покоя (выделение СО2 около 30 л/ч)

Пример. Определить расход воздуха при нахождении водолаза в течение 10 мин на остановке декомпрессии 9 м.

 = q х t х Рсп = 50 х 10 х 1,9 = 950 л = 0,95 м3.

вентиляция барокамера водолаз спуск

Зная давление на каждой остановке и время выдержек на них по режиму декомпрессии и расход воздуха на вентиляцию скафандра, можно легко рассчитать расход воздуха за весь период декомпрессии.

Запас воздуха для заполнения барокамеры при использовании метода декомпрессии на поверхности рассчитывается на глубину перевода водолаза из воды в барокамеру. Расход воздуха на проведение вентиляций рассчитывается с учетом времени до первой и последующих вентиляций и глубин остановок по режиму декомпрессии.

В приведенном расчете общего расхода воздуха на водолазный спуск, складывающегося из его расхода за время пребывания на максимальной глубине и время декомпрессии под водой и в барокамере, не учитывается расход воздуха на заполнение скафандра, проверку на герметичность и погружение водолаза до грунта. В связи с этим фактический расход воздуха может быть выше расчетного на 5-10 %.

Запас воздуха перед началом каждого очередного водолазного спуска должен быть равным двойному расчетному запасу воздуха на спуск водолаза (с учетом возможности спуска страхующего водолаза) и дополнительному запасу воздуха на проведение лечебной рекомпресии.

Зная количество водолазных спусков для выполнения водолазных работ и расход воздуха на 1 водолазный спуск, можно ориентировочно определить общий расход воздуха на выполнение всего цикла водолазных работ, добавив расход воздуха на случай необходимости проведения лечебной рекомпрессии. При этом необходимо учитывать возможность пополнения запасов воздуха с учетом производительности компрессоров.

Фактический запас воздуха на месте проведения работ определяется по формуле:

ф = ∑ [Vб ∙ (Рб - Ро)],

где Vф - фактический объем воздуха, м3;

Vб - объем баллона с воздухом м3;

Рб - давление воздуха в баллоне, кгс/см2;

Ро - допустимое остаточное давление в баллоне, кгс/см2.

Расчет расхода воздуха или 40 %-ной кислородно-азотной смеси при использовании снаряжения с открытой схемой дыхания и максимально допустимого времени пребывания водолаза под водой

При использовании снаряжения с открытой схемой дыхания в автономном варианте расчет расхода дыхательной газовой смеси (воздуха или 40 % КАС) в баллонах аппарата необходим для определения максимально допустимого времени пребывания водолаза под водой в целях обеспечения его безопасности. Расход ДГС на водолазный спуск при использовании снаряжения с открытой схемой дыхания в автономном варианте зависит от глубины спуска, времени работы водолаза под водой, степени тяжести выполняемой работы и температуры воды.

Расход ДГС определяется по формуле:

Q = Qгр + Qдек ,

где Q - расход свободного воздуха за время пребывания на глубине спуска, л;гр - объем ДГС, используемой водолазом во время пребывания на грунте;дек - объем ДГС, используемой водолазом в период декомпрессии под водой, м3

vp = vб ∙ (k ∙ Pб - Pо),

где vp - рабочий запас свободной ДГС, л; vб - емкость баллонов, л;

Pб - остаточное (резервное) давление в баллонах аппарата, кгс/см2;- коэффициент температурной поправки, учитывающий изменения давления в баллонах аппарата в зависимости от разности температур воздуха в них и водной среды.

Коэффициент температурной поправки (k)

Допустимое время пребывания водолаза под водой без учета времени декомпрессии определяется по формуле:

,

где Т - допустимое время пребывания водолаза под водой, мин;- минутный расход свободного воздуха водолазом на глубине спуска (легочная вентиляция, л/мин), определяемый по формуле:

= q ∙ (0,1Н + 1),

где q - легочная вентиляция при нормальном барометрическом давлении, л/мин;

Н - глубина погружения, м вод.ст.

Пример. Предстоит спуск водолаза для выполнения легкой работы на глубине 20 м. Объем 2 воздушных баллонов (Vб) составляет 14 л (2 баллона по 7 л), рабочее давление воздуха в баллонах Рб = 180 кгс/см2. Остаточное давление воздуха в баллонах, при котором срабатывает указатель минимального давления, составляет Ро = 40 кгс/см2. Температура воздуха +25 °С. Температура воды на грунте +5 °С. Определить допустимое время пребывания водолаза под водой.

По табл. 10 находим величину k. Для разности температур 20 °С (25 - 5) она равна 0,92. Из табл. 11 определяем величину легочной вентиляции водолаза q при температуре +5 °С при выполнении легкой работы q = 30 л/мин. Отсюда:

Легочная вентиляция при нормальном давлении выбирается из таблицы, в которой дается количество расходуемого воздуха (л/мин) в зависимости от температуры воды, состава снаряжения и характера работы:

В случае необходимости проведения декомпрессии при использовании снаряжения с открытой схемой дыхания в автономном варианте расчет расхода газовой смеси за время декомпрессии проводится по формуле:

 = q t∙ Pсп.

При этом значение минутного расхода свободного воздуха q выбирается из таблицы для легкой работы. По данным принятого режима декомпрессии и расхода дыхательной газовой смеси на каждой остановке определяется расход дыхательной газовой смеси за период декомпрессии водолаза.

Зная рабочий запас ДГС в баллонах аппарата и расход смеси на декомпрессию, можно определить ориентировочное время пребывания водолаза на грунте по формуле:

,

где Т - ориентировочное время пребывания водолаза на грунте, мин;Vp - рабочий запас свободной ДГС, л; Qдек - расход свободной ДГС воздуха за время декомпрессии, л; Qгр - легочная вентиляция на грунте, л/мин.

При использовании снаряжения с открытой схемой дыхания в шланговом варианте расчет расхода дыхательной газовой смеси (воздуха или 40 % КАС) проводится в том же порядке и по тем же формулам, как и определение расхода воздуха с использованием вентилируемого снаряжения, за исключением разницы минутного расхода дыхательной газовой смеси на грунте и в период декомпрессии.

Запас воздуха перед началом каждого очередного водолазного спуска должен быть равным двойному расчетному запасу воздуха на спуск водолаза (с учетом возможности спуска страхующего водолаза) и дополнительно запасу воздуха на проведение лечебной рекомпрессии. При спусках водолазов с использованием для дыхания 40 % КАС производится раздельный расчет двойного запаса 40 % КАС для работы и декомпрессии под водой, а также воздуха для декомпрессии на поверхности и лечебной рекомпрессии.

Зная количество водолазных спусков для выполнения водолазных работ и расход ДГС на 1 водолазный спуск, можно ориентировочно определить общий расход воздуха или 40 % КАС на выполнение всего цикла водолазных работ, добавив расход воздуха на случай необходимости проведения лечебной рекомпрессии. При этом необходимо учитывать возможность пополнения запасов воздуха с учетом производительности компрессоров, а также возможность приготовления 40 % КАС в ходе выполнения водолазных работ.

Пример. Определить расход 40 % КАС водолазом, выполняющим работу средней тяжести в снаряжении с открытой схемой дыхания в шланговом варианте на глубине 40 м в течение 30 мин при температуре воды 8 °С.

Из табл. 11 принимаем q = 45 л/мин. По формуле (31) на грунте: Q = q • t • Рсп = 45 • 30 • 5 = 6750л. Согласно режиму декомпрессии водолаз должен сделать выдержку на глубине 3 м в течение 9 мин. Минутный расход смеси на дыхание п р и q = 30 л / м и н по формуле ( 3 8 ) составит:Q = q • ( 0 , 1 Н + 1) = 30 • (0,1 • 3 + 1) = 39 л. За время декомпрессии расход = 39 • 9 = 351 л. Общий расход 40 % КАС составит Q = Qгр + Qдек = 6750 + 351 = 7101 л.

Расчет расхода 40 %-ной кислородно-азотной смеси на водолазный спуск при использовании снаряжения с полузамкнутой схемой дыхания

В снаряжении с полузамкнутой схемой дыхания для поддержания заданных величин парциального давления кислорода и допустимого содержания углекислого газа осуществляется постоянная подача газовой смеси в дыхательный мешок. Количество непрерывно подаваемой ДГС из баллонов аппарата или по шлангу от транспортных баллонов, размещенных на поверхности, зависит от конструктивных особенностей системы газоснабжения дыхательного аппарата.

Расход ДГС на водолазный спуск и время безопасной работы водолаза при использовании снаряжения с полузамкнутой схемой дыхания в автономном и шланговом варианте определяются по формулам, представленным в расчетах для снаряжения с открытой схемой дыхания. При этом в формуле под q принимается величина постоянной подачи ДГС в дыхательный мешок из баллонов аппарата (величина постоянной подачи берется из технического описания снаряжения). Безопасное время работы водолаза под водой определяется подобным образом.

Литература

Аннин В.П. и др. Руководство по водолазному делу. М.: НКПС Транс­печать, 2007.

Архиепископов ИЛ. Гидроско-пия, подводное освещение и под­водная фотография. СПб.: Типогра­фия МПС, 2003.

Баранов В.Г. Водолазные аппара­ты. Л.: Водолазная школа НКПС, 2006.

Бер П. Барометрическое давле­ние: о влиянии повышенного бароме­трического давления на животный и растительный организмы / Частичный пер. с франц. В.П. Аннина. Пг, 2006.

Бобрицкий Т. Завоевание глу­бин. Л.; Молодая гвардия, 2004.

Глотов А.Я. Способ поднимать утонувшие грузы на рейдах, в гава­нях, реках и озерах. СПб.: Морская типография, 2000.

Дмитриевский В.И. Подводное бетонирование. Л.; М.: Морской транспорт, 2000.

Дэвис Р. Глубоководные водо­лазные спуски и подводные работы / Пер. с англ. Н.А. Павловской. Л.: Морской транспорт, 2000.