clopot de scufundare

context

scafandrii comerciali care fac construcții subacvatice sau salvare folosesc adesea un clopot de scufundare pentru transportul către locul subacvatic. Utilizarea unui clopot de scufundare (cunoscut și sub numele de capsulă de Transfer Personal, PTC) și a unei camere de presiune extinde timpul în care un scafandru poate rămâne în siguranță sub apă. Clopotele de scufundare erau cunoscute încă din secolul al IV-lea î. HR. , când au fost observate de filosoful grec antic Aristotel. Clopote de scufundare mai sofisticate au fost concepute în secolul al XVII-lea. Clopotele moderne pentru scufundări comerciale au fost dezvoltate după Al Doilea Război Mondial, odată cu creșterea industriei petroliere offshore.

scufundări comerciale (scufundări cu plată) este împărțit în două tipuri principale, scufundări orientate spre suprafață și scufundări de saturație. În scufundări orientate spre suprafață, scafandrii din căști lucrează sub apă, conectați la un aparat de respirație de pe țărm sau la bordul unei nave, barjă sau platformă. De obicei, scafandrii lucrează în perechi, unul sub apă și unul la suprafață care îngrijește furtunurile și echipamentele. Scafandrii orientați spre suprafață pot lucra în siguranță la adâncimi de până la 300 ft (91,5 m), dar scafandrii pot petrece doar o perioadă limitată de timp sub apă. Efectele presiunii apei pot duce la boală de decompresie. Sub presiune, azotul se colectează în țesutul corpului scafandrului, blocând arterele și venele. Dacă scafandrul se ridică prea repede, azotul formează bule în țesut, ceva asemănător cu modul în care o sticlă de sodă bule atunci când nu este acoperită. Bulele de gaz din țesut provoacă durere, paralizie sau moarte. După o scufundare profundă, scafandrul trebuie să se decomprimeze treptat, revenind foarte încet la presiunea de suprafață pentru a evita boala de decompresie. Timpul de decompresie este legat de adâncimea scufundării și de durată. Cu o scufundare profundă de doar o oră, timpul de decompresie poate dura zile. Scufundările orientate spre suprafață sunt practice doar pentru locuri de muncă mici.

al doilea tip de scufundări comerciale, scufundări de saturație, este mai util pentru proiectele de construcții la scară largă. În scufundări de saturație, scafandrii folosesc o cameră sub presiune, uneori cunoscută sub numele de sistem de scufundare profundă (DDS), atașat la un clopot de scufundare. Camera și clopotul încep la bordul unei nave. O echipă de scafandri urcă în cameră, care este apoi presurizată mecanic pentru a simula mediul la adâncimea scufundării planificate. Camera este un mediu de viață complet-echipat cu paturi, duș și mobilier—și poate găzdui o echipă de scafandri timp de săptămâni. Când scafandrii sunt aclimatizați, aceștia ies din cameră printr-un tunel de împerechere și intră în clopotul de scufundare, care este, de asemenea, sub presiune. O macara ridică clopotul de pe navă și îl aruncă pe locul subacvatic. Odată ajuns la fața locului, un scafandru iese din clopot într-un costum de scufundare și cască și începe să lucreze. Celălalt scafandru rămâne în clopot și tinde furtunurile și echipamentele primului scafandru. După un interval de două ore, se schimbă. Lucrând dintr-un clopot, scafandrii pot pune o zi de opt ore sub apă. Apoi sunt transportați la suprafață în clopot, intră în camera de presiune și comută cu următoarea schimbare a scafandrilor. Când întreaga lucrare este finalizată, echipa se decomprimă în camera de presiune. Deși s-au scufundat de mai multe ori, echipa trebuie să se decomprimeze o singură dată.

istoric

o găleată sau un butoi coborât direct în apă, cu capătul deschis în jos, va prinde aer în interiorul acestuia. Aristotel a scris despre scafandri care foloseau cazane umplute cu aer pentru a respira sub apă. Se spune că Alexandru cel Mare s—a dus pe mare într—un clopot de scufundare-considerat a fi un butoi de sticlă albă-în 332 î.HR. s-a spus că a rămas adânc sub apă zile întregi, deși acest lucru nu este plauzibil. Există mai multe referințe la clopotele de scufundare în Evul Mediu. În 1531, un Italian, Guglielmo de Lorena, a făcut un clopot de scufundare funcțional pe care l-a folosit pentru a recupera navele romane antice scufundate de pe fundul unui lac. Alte clopote au fost inventate și folosite în diferite locuri din Europa, mai ales pentru a salva comoara. Precursorul clopotului modern de scufundare a fost inventat de englezul Edmund Halley, care este cel mai bine cunoscut pentru cometa care îi poartă numele. În 1690, Halley a construit un clopot de scufundare care folosea tuburi din piele și butoaie căptușite cu plumb pentru a furniza aer proaspăt sub apă. Clopotul său era un con de lemn, deschis, ponderat cu plumb și prevăzut cu un port de vedere din sticlă. În interior, Halley atârna o platformă pe care scafandrul să se sprijine și o invenție de butoaie ponderate. Butoaiele au fost fixate astfel încât atunci când scafandrul le-a tras în clopot, presiunea apei de Jos i-a obligat să elibereze aer proaspăt în clopot. Ajutoarele de pe suprafață au reumplut butoaiele cu aer proaspăt. Halley și o echipă de scafandri au reușit să rămână sub apă la o adâncime de aproximativ 60 ft (18,3 m) timp de o oră și jumătate folosind clopotul său.

alții au duplicat realizarea lui Halley, dar designul nu a fost îmbunătățit semnificativ până în 1788. În acel an, un inginer scoțian, John Smeaton, a făcut un clopot de scufundare care folosea o pompă pe acoperiș pentru a forța aerul proaspăt în interior. Clopotul lui Smeaton a fost folosit de scafandri care făceau reparații de poduri subacvatice. O varietate de echipamente de scufundare a fost inventată în secolul al XIX-lea, ducând la căști de scufundare funcționale conectate prin furtunuri la o sursă de aer la suprafață. Acest echipament avea tendința de a fi greu și voluminos, realizat cu sute de kilograme de metal pentru a rezista la presiunea apei adânci. Muncitorii de pe tuneluri și poduri au coborât în clopote uriașe din fontă sau în camere asemănătoare ascensoarelor numite chesoane. Așa cum se știa puțin despre pericolele presiunii, mulți dintre acești lucrători s-au îmbolnăvit și au murit de ceea ce se numea boală de cheson, acum știu că este boală de decompresie.

bazele pentru viitoarele scufundări comerciale au fost puse după Al Doilea Război Mondial. scafandrul elvețian Hannes Keller a folosit un clopot de scufundare în 1962 pentru a ajunge la o adâncime de 984 ft (300 m). Clopotul său era la o presiune ușor mai mare decât locul său de scufundare. Keller respira un amestec de heliu

un Halley bell.

și oxigen prin furtunuri atașate la o mașină în clopot. El a arătat că clopotul de scufundare ar putea fi o stație de cale valoroasă pentru un scafandru adânc, furnizând nu numai gaz respirabil, ci și electricitate, dispozitive de comunicare și apă caldă pentru a încălzi costumul de scufundare.

scufundarea prin saturație a fost posibilă prin activitatea dr. George Bond, directorul Centrului Medical submarin al Marinei Statelor Unite la mijlocul anilor 1950.experimentele sale au arătat că țesutul unui scafandru a devenit saturat cu azot după un anumit timp de expunere. După atingerea punctului de saturație, durata scufundării nu a fost importantă. Un scafandru ar putea rămâne sub presiune săptămâni sau luni. Timpul necesar pentru decompresie ar fi același, indiferent dacă scafandrul a rămas la punctul de saturație timp de o oră sau o săptămână. Experimentele lui Bond au dus la dezvoltarea sistemelor de scufundări profunde. Acestea au fost utilizate frecvent de lucrătorii din industria petrolieră în anii 1970 și 1980, când platformele de foraj petrolier offshore au înflorit.

batisfera și batiscaful

Două clopote moderne importante de scufundare au fost batisfera și batiscaful. Acestea erau nave de scufundări la mare adâncime făcute pentru observații științifice. Batisfera a fost construită de William Beebe, un zoolog American și inginer Otis Barton în 1930. Beebe, fascinat de viața subacvatică, a conceput mașina de scufundări, iar Barton a reușit să o proiecteze. Ideea lui Barton a fost să facă camera perfect rotundă pentru a distribui uniform presiunea apei. A fost fabricat din oțel turnat puțin peste 1 in (2,5 cm) grosime și 4,75 ft (1,5 m) în diametru. Bathysphere cântărea un enorm 5.400 lb (2.449 kg), aproape prea greu pentru ca macaraua disponibilă să se ridice. Beebe și Barton au făcut mai multe scufundări în largul Bermudelor în batisferă, ajungând la o adâncime de 3.000 ft (900 m) în 1932. Datorită puterii mari a sferei, scafandrii au fost protejați de presiune, dar batisfera s-a dovedit dificilă și potențial riscantă. A fost abandonată în 1934.

un deceniu mai târziu, un tată și un fiu elvețian, Auguste și Jacques Piccard, au proiectat o navă similară numită batiscaf. Batiscaful a rezistat efectelor presiunii, cum ar fi batisfera, cu o cameră sferică din oțel greu. Camera atârna sub un recipient mare, ușor, umplut cu benzină. Eliberarea supapelor de aer a permis batiscafului să piardă flotabilitatea și să se scufunde pe fundul oceanului sub propria putere. Pentru a veni din nou, operatorii au eliberat balast de fier, determinând creșterea lentă a navei. Primul batiscaf a fost construit în 1946, dar deteriorat iremediabil în 1948. O mașină îmbunătățită a coborât la 13.000 ft (4.000 m) în 1954. Piccards a construit un alt batiscaf, numit Trieste, în 1953. Marina Statelor Unite a cumpărat Trieste în 1958. Jacques și locotenent de marină Donald Walsh a atins o adâncime record de 35.810 ft (10.916 m) în Tranșea Mariana în Pacific în 1960.

materii prime

clopotele moderne de scufundare sunt fabricate din oțel cu granulație fină de înaltă rezistență. Ferestrele sunt construite din acril turnat de o calitate specială destinată vaselor sub presiune. Clopotul are nevoie, de asemenea, de o încingere exterioară din aluminiu gros pentru a-l proteja de șocuri. Clopotul este vopsit cu o vopsea epoxidică marină de înaltă calitate. Specificațiile din oțel și aluminiu variază în funcție de adâncimea așteptată a vasului.

Proiectare

clopotele de scufundare sunt construite la comandă în conformitate cu specificațiile clientului. Clientul se apropie de producător cu o schiță a ceea ce este necesar. În funcție de necesități, conturul va specifica forma clopotului, numărul minim de ocupanți, numărul de ferestre și orice alte nevoi speciale, cum ar fi rafturile pentru a ține echipamentul. Producătorul analizează planul clientului și apoi întocmește un design final.

fabricarea și proiectarea clopotelor de scufundare se realizează în conformitate cu reglementările specifice furnizate de Societatea Americană a Inginerilor Mecanici (ASME). ASME are o subsecțiune care reglează ceea ce se numește în general vase sub presiune pentru Ocuparea umană sau PVHOs. PVHOs includ clopote de scufundare, precum și vase submersibile, camere de decompresie, camere de recompresie, camere de mare altitudine și altele. ASME stabilește standarde stricte pentru toate aspectele clopotelor de scufundare, de la proiectare până la fabricare și testare. Producătorii și subcontractanții acestora trebuie să respecte pas cu pas liniile directoare ASME prin procesul de fabricație pentru a primi o ștampilă ASME pe clopotul finit.

procesul de fabricație

efectuarea clopotului

• 1 corpul clopotului este format din oțel puternic, cu granulație fină. Placa de oțel laminată este pusă pe o bandă transportoare și trimisă printr-un ferăstrău automat care taie placa în partea superioară, inferioară și laterală a clopotului.
• 2 secțiunile sunt trimise la un atelier de sudură certificat pentru acest tip de construcție. Fiecare secțiune este sudată manual împreună. Sudurile trebuie să poată rezista la presiune ridicată și să fie absolut etanșe la apă. Magazinul de sudură respectă liniile directoare stabilite de ASME.
• 3 ferestrele acrilice turnate, fie realizate de un subcontractant, fie de producătorul clopotului, sunt montate în poziție.

inspecție și testare

• 4 După ce secțiunile sunt sudate împreună, clopotul este inspectat. Poate fi supus diferitelor teste, de la inspecția vizuală a sudurilor până la scanări cu ultrasunete. După aceste teste vine ” testul de probă.”Clopotul este umplut cu apă și presurizat timp de o oră la o dată și jumătate presiunea pe care a fost construită să o reziste. Cu alte cuvinte, dacă clopotul a fost proiectat să reziste la presiunea găsită la o adâncime de 600 ft (183 m), 282 psi, producătorul îl supune presiunilor găsite la 900 ft (274,3 m) sau 415 psi. Clopotul ar trebui să poată rezista cu ușurință testului de probă. Acesta a fost conceput pentru a rezista la o presiune de patru ori presiunea de uz general, ca măsură de precauție.

pictură și finisare

• 5 apoi clopotul este pictat. Pulverizatoarele mecanice acoperă clopotul cu o vopsea epoxidică marină de înaltă calitate, care este capabilă să reziste la utilizarea aspră pe care clopotul o va suporta sub apă.
• 6 Apoi interiorul clopotului este terminat. Clopotul va conține o varietate de dispozitive, cum ar fi un încălzitor, instrumente, lumini, îndepărtarea dioxidului de carbon și ventilatoare. Suporturile pentru aceste dispozitive sunt înșurubate în interiorul clopotului. Carcasele de conducte și cabluri sunt, de asemenea, înșurubate în poziție. Clopotul nu este gata de utilizare până când toate echipamentele nu sunt la locul lor.

certificare

• 7 Dacă clopotul trece toate testele și inspecțiile, acesta este ștampilat cu un sigiliu ASME. Aceasta înseamnă că a fost construit în conformitate cu standardele ASME și se presupune că este sigur pentru ocuparea umană. Clopotului individual i se oferă, de asemenea, o înregistrare a certificatului unde a fost construit, când și de către cine. Se păstrează și alte înregistrări, cum ar fi originea oțelului utilizat pentru caroserie.
• 8 producătorul livrează clopotul ca vas „brut”. Clientul îl îmbracă apoi cu toate utilajele necesare, cum ar fi dispozitivele de urmărire, camerele și emițătoarele radio.

controlul calității

Controlul Calității este extrem de important pentru o navă utilizată pentru lucrări subacvatice inerent periculoase. Controlul calității este integrat în procesul de fabricație a clopotelor de scufundare, deoarece producătorii respectă standardele stabilite de ASME. Nu numai că clopotul este testat după construcție, dar chiar și proiectarea preliminară a fost realizată într-un mod care să satisfacă Regulile ASME. Autoritatea de reglementare generală asupra scufundărilor, inclusiv

o capsulă modernă de Transfer de personal (PTC).

scufundări comerciale, în Statele Unite este paza de coasta.

viitorul

Marina Statelor Unite testează, de asemenea, diverse echipamente de scufundări pentru uz propriu. Rulează o unitate experimentală de scufundări care testează echipamentele existente și încearcă tehnologia de scufundare de ultimă oră. Unitatea experimentală de scufundări angajează, de asemenea, medici și cercetători care investighează efectele fiziologice ale scufundărilor. Unele dintre aceste cercetări pot duce la reglementări care să efectueze scafandri comerciali. La rândul său, acest lucru poate afecta procedurile de siguranță și testele de control al calității pentru clopotele de scufundare și alte aparate de scufundare.

scafandrii comerciali se bazează pe clopote de scufundare în fiecare zi pentru transportul între o cameră sub presiune și un sit de mare adâncime. Dezvoltarea scufundărilor de saturație a dus la o modalitate mult mai eficientă de a efectua lucrări subacvatice extinse, deoarece scafandrii trebuie să se decomprimă o singură dată la sfârșitul slujbei. Cu toate acestea, unele cercetări actuale investighează modalități de a face fără decompresie cu totul. Unii cercetători au investigat posibilitatea echipării scafandrilor cu branhii artificiale, permițându-le să respire oxigenul direct din apă. O altă posibilă tehnologie nouă se numește respirație lichidă. La presiune profundă, dacă plămânii sunt umpluți cu un lichid purtător de oxigen, teoretic pot continua să funcționeze. Ipotetic, un scafandru ar putea fi capabil să respire fluorocarbon lichid oxigenat dintr-un rezervor portabil. Acest lucru ar permite unui scafandru să se scufunde mai adânc fără utilizarea unei camere de presiune și a unui clopot de scufundare. O altă cale de investigare este așa-numita decompresie biologică. O bacterie specială din organism ar putea fi utilizată pentru a metaboliza gazele prinse în țesutul care provoacă boala de decompresie. Acest lucru ar elimina necesitatea decompresiei într-o cameră. Dacă oricare dintre aceste tehnologii a devenit viabilă pentru scafandrii comerciali, sistemul existent de cameră de presiune și clopot de scufundare se poate modifica.