Глубина погружения насоса в скважину. Максимальная глубина погружения подводных лодок: особенности и требования (5 фото) Не зная броду, не суйся в воду

Наш эксперт - кандидат медицинских наук, заведующий отделением ГБО РНЦХ РАМН, заведующий кафедрой ГБО РМАПО МЗ РФ Владимир Родионов .

Кто на новенького?

Зачастую решение нырнуть на глубину к туристам приходит спонтанно. Например, когда они оказываются в городе, чтобы купить сувениры, и к ним подходят улыбчивые продавцы подводных экскурсий и предлагают осуществить незабываемое путешествие в морские глубины по смешным ценам. Однако покупать сертификат на погружение в случайной экскурсионной лавочке - большая ошибка. Нормальные дайвинг-центры (которые относятся к наиболее известным дайверским ассоциациям - PADI, PDA, CMAS) с такими посредниками не связываются. Низкая цена экскурсии тоже должна насторожить. Третий момент - при заключении договора требуется заполнить специальную анкету, позволяющую выяснить, нет ли у человека каких-то заболеваний, при которых погружение может быть опасным (в первую очередь это касается всех острых недугов и большинства тяжелых хронических заболеваний, особенно легочных и сердечно-сосудистых патологий, а также врожденных пороков сердца).

Первое погружение по всем правилам должно проходить в так называемой «закрытой» воде: бассейне или бухте, а не в море («открытой» воде). Также есть четкое правило безопасности для новичков: максимум два клиента на одного инструктора. На деле же все зачастую происходит совсем не так: туристов сразу вывозят в море, при этом бот бывает переполнен, не редкость, когда на 10 неопытных дайверов - всего 1-2 инструктора.

Не зная броду, не суйся в воду

Погружаться в первый раз разрешено на глубину не более 10-12 метров, поэтому места для дайвинга в нормальных центрах выбирают очень тщательно и так, чтобы там не было никаких подводных течений. У новичков при погружении на глубину больше 40 метров частенько проявляется наркотическое действие азота (так называемое «глубинное опьянение»). Возникшая эйфория часто толкает их на неадекватное поведение и, в частности, заставляет всплывать резко, без остановки. А делать этого нельзя ни в коем случае.

При всплытии даже с небольшой глубины важно не превышать скорость подъема 10-18 м в минуту. Если нарушить режим декомпрессии (то есть всплытия), может развиться декомпрессионная (или кессонная) болезнь. Суть ее вот в чем. По мере погружения в кровь дайвера проникает азот и растворяется там. А при быстром всплытии (под большим давлением и при значительном потреблении воздуха) этот газ не успевает выводиться из организма. В итоге в крови и тканях образуются пузырьки, разрушающе действующие на организм. При легкой степени кессонной болезни чаще всего возникают боли в суставах и мышцах, чувство тяжести в сердце, повышенной усталости. При тяжелых формах возможны поражения легочной ткани, параличи и другие неврологические нарушения, вплоть до летального исхода.

Виноваты французы

Кессонная болезнь называется так по аналогии с изобретением французского ученого Триже, который в 1839 году запатентовал кессон (ящик) для строительства опор мостов. С этого времени люди смогли относительно долго находиться в условиях повышенного давления. Сразу после этого изобретения множество кессонных рабочих умирали от декомпрессионной болезни. Но этот недуг был известен и раньше, еще задолго до изобретения кессона и скафандра, правда, его последствия были менее тяжелыми, так как люди без специальной техники не могли очень долго находиться под водой. Но тем не менее с давних пор японские ныряльщицы ама страдали заболеванием таравана (с 30 лет несчастные женщины отмечали у себя шаткость походки, тремор рук, нарушение памяти). Недуг связывают с гипоксией и образованием газовых пузырьков в центральной нервной системе при систематических ныряниях.

Интенсивность газообразования зависит не только от режима всплытия, но и от индивидуальной устойчивости человека к декомпрессионной болезни. Риск развития недуга прямо пропорционален времени, проведенному под водой и на глубине. Так, при 6‑часовом пребывании на глубине 7-8 м и быстром всплытии заболевают 5% людей; с 16 м - каждый второй; с глубины 24 м - практически каждый человек.

И молимся, чтобы страховка не подвела

Чтобы погружение было успешным, дайвер должен не только заранее продумать выбор режима всплытия (и точно соблюдать его под водой), но и быть на тот момент абсолютно здоровым, отдохнувшим. Также он не должен курить и принимать алкоголь и лекарства (особенно транквилизаторы) ни до, ни после всплытия. Первое время надо также избегать тяжелой физической нагрузки - например, не стоит идти вечером заниматься в тренажерный зал.

Также опасно летать самолетом ранее чем через сутки после погружения (и через 72 часа после многократных погружений в течение одного дня). Это усугубляет развитие декомпрессионной болезни.

На всякий случай нужно узнать, где находится ближайшая рекомпрессионная барокамера, которая необходима для лечения кессонной болезни. Но поскольку 1 час работы этой установки стоит от $700 до 2500, а при тяжелых формах болезни может понадобиться непрерывное лечение в течение нескольких суток, то оптимальный выход для человека, планирующего занятия дайвингом, - приобрести специальную медицинскую страховку. На срок до 20 дней ее стоимость будет около 30 евро, а на год она обойдется примерно в сотню евро.

Дышите глубже!

Если у пострадавшего развилась кессонная болезнь, лучше приступать к лечению как можно раньше, а не ждать до приезда на родину. Тем более что специальных рекомпрессионных барокамер, в которых можно устанавливать особый режим, в обычных российских медицинских учреждениях сегодня, к сожалению, нет. Последний раз такая барокамера работала в РНЦХ РАМН в 90‑х годах, но в связи с большой дороговизной ее использования она уже не функционирует.

Поэтому такие больные могут лечиться только в кислородных барокамерах. Метод гипербарической оксигенотерапии (ГБО) - не самый эффективный в таком случае, но это лучше, чем ничего.

Кто глубже нырнул, тот и победил
Среди многочисленных характеристик подводной лодки одной из основных является глубина погружения. Причем развитие военной техники только увеличивало значение данного фактора. Перед 1-й мировой войной предельной глубиной погружения подводной лодки считалась величина в 50 метров. На такой глубине противник уже не мог обнаружить лодку, а в подводной войне это самое главное.

Однако прогресс не стоит на месте, особенно в военном деле. Совершенствовались средства обнаружения и поражения, и глубина погружения подводной лодки начинала выдвигаться на первое место. Глубинные бомбы, акустические и гидролокационные возможности противолодочных кораблей - все это загоняло подводные корабли все глубже и глубже. К тому же, чем большая толща воды отделяла лодку от поверхности, тем больше было у ней возможности для маневра и безопасного плавания.

Покорение глубин
Во 2-ю мировую ПЛ вступили уже с 100 - 145 метрами глубины за плечами. В послевоенные годы у первых атомоходов это значение достигло 200 м, а у 2 - 3 поколений АПЛ показатели глубиномеров перевалили за 400 метров. Есть, конечно, и рекордсмены в этом деле. Например, знаменитый "Комсомолец" (К-278) установил абсолютный рекорд максимальной глубины погружения подводной лодки - в 1985 году субмарина ушла под воду на 1027 метров.

Американские специалисты считают, что глубина погружения подводной лодки в современных условиях должна начинаться с отметки в 600 м и достигать 1200 м. Главная проблема при этом - компенсация возрастающего давления воды на корпус. Каждые 10 м спуска под воду увеличивают давление воды на 100 кПа. Не трудная задача для школьника начально-приходской школы: какое давление будет на отметке 1200 м? Ответ: 120 кг на 1 кв. см. На бумаге цифра не выглядит страшной, на деле - нагрузка запредельная.

Все решается на суше
Поэтому основной вопрос над которым бьются ученые, работающие в этой области, предельно сбалансированная корпусная архитектура боевой субмарины. Исходя из физических законов, наиболее пригодна форма сферы, или шарообразная. Однако такая ПЛ, как боевая единица, малоэффективна. Слишком высоко сопротивление среды (вода), огромные проблемы с размещение вооружения и многочисленного экипажа. Конечно, рано или поздно, эту проблему решат. В конце концов будет найден оптимальный баланс между формой, содержанием и скоростью.

Второй вопрос, который стоит постоянно, и видимо будет стоять всегда - материал корпуса, его постоянное совершенствование. Максимальная глубина погружения подводной лодки ограничивается, в первую очередь, именно прочностью материала, из которого изготовлен корпус. Когда-то лодки начинали с деревянной обшивки, потом перешли на железо, теперь в большом ходу стальные и титановые корпуса. Однако процесс идет, и ученые мужи находятся в постоянном поиске.

Постоянно улучшаются свойства стали, изготавливающийся специально для подводного применения. Но металл начинает уходить в прошлое. Твердые пластмассы, армированный стеклопластик постепенно заменяют некоторые элементы корпуса, и специалисты пророчат им большое будущее. Например, стеклопластик, полученный армированием синтетической смолы стеклянными волокнами, по прочности мало в чем уступает стали, но зато в 4 раза легче. Здесь ученые тоже пытаются добиться баланса - между весом и прочностью.

Стремление достичь предельной глубины погружения подводной лодки - это не прихоть ученых и не абстрактное желание. Лодка, идущая на большой глубине, сливается с дном и менее заметна. В современной подводной войне этот фактор может стать определяющим. Мощный, тяжелый ракетоносец, скрытно вышедший на ударную позицию, способен одним одним залпом завершить любой конфликт в пользу своей страны.

Под погружением понимают переход подводной лодки из надводного в подводное положение. К этому же типу маневра относится изменение глубины погружения, когда судно уходит на нижние уровни толщи воды. При погружении происходит заполнение специальных цистерн главного балласта водой. Находясь в подводном положении, лодка может изменять глубину погружения с помощью горизонтальных рулей.

Обычное погружение проводится в два этапа и выполняется чаще всего в районах с плохими условиями для маневрирования, в учебных целях, а также по усмотрению командира корабля. При этом вначале заполняются концевые цистерны балласта, а затем средняя группа цистерн. При обычном маневре цистерна, предназначенная для быстрого погружения, остается незаполненной.

Погружению предшествует подготовка: осушаются трюмы, проводится вентилирование отсеков, проверяется состояние аккумуляторной батареи. Точка погружения выбирается заранее. При подходе к ней ход лодки стопорится. Сам процесс ухода под воду предваряет специальная команда, по которой персонал занимает свои места, соответствующие служебному расписанию.

Наблюдение за надводной обстановкой переводится в боевую рубку и осуществляется при помощи радиотехнических средств или посредством перископа. Совершив погружение, лодка переходит в так называемое позиционное положение. Теперь команда проверяет отсеки судна, чтобы установить, насколько качественно соблюдается герметизация корпуса лодки.

Как выполняется срочное погружение

В боевой обстановке бывают случаи, когда лодку требуется перевести в подводное положение максимально быстро. Для этого обычно задействуют всего одну боевую смену. Сигнал к срочному погружению может подать командир корабля или вахтенный офицер. Услышав команду «Все вниз», находящийся на мостике экипаж немедленно спускается в подводную лодку и становится по своим местам, выполняя поступающие команды.

Одновременно происходит отключение дизельных установок и носовых муфт сцепления, задраиваются забортные отверстия и шахты, по которым к дизелям подается воздух. Вахтенный офицер закрывает верхний рубочный отсек. Начинается заполнение цистерн главного балласта, включаются электрические двигатели. Продувается и готовится к совершению маневра цистерна быстрого погружения.

При срочном погружении особое внимание экипаж уделяет постоянной проверке положения корабля. Это необходимо для того, чтобы нарастающий дифферент не превысил допустимый, поскольку в этом случае лодка вполне может потерять плавучесть. Здесь огромную роль играет опытность командира судна, а также четкая и согласованная работа экипажа.

Всем известно что максимальная глубина океана 11 километров в Марианской впадине, однако в океанах и морях имеется много мелководных районов. Какой должна быть глубина погружения будущих подводных лодок? На этот вопрос можно ответить, если проанализировать распределение глубин по площади Мирового океана. Такой анализ показывает, что подводная лодка с глубиной погружения 5500 метров может достичь дна на 90% площади океанов и морей, а с глубиной погружения 4600 метров – на 60% площади. Возможность достичь дна в любой точке океана открывает возможность применять новую тактику, превращающую АПЛ в решающий фактор действий на океанских ТВД.

В практике подводного кораблестроения используются следующие понятия глубин погружения: рабочая, предельная и расчётная (разрушающая). Отношение расчётной глубины к рабочей называется коэффициентом запаса, обычно он 1,5 – 2. Рабочая глубина погружения подводных лодок времён WW2 составляла 100 – 150 метров. У американских подводных лодок постройки 1950-х 200 – 250 метров, у АПЛ построенных в 1960-е увеличена до 350 – 400 метров.

Дальнейший рост глубины зависит от возможности повышения прочности корпуса. На АПЛ имеются два корпуса: прочный и лёгкий. В прочном корпусе размещается внутреннее оборудование, экипаж, а лёгкий образуют балластные цистерны погружения и всплытия.

На современных ракетных неглубоководных АПЛ на долю корпусных конструкций приходится 40% весового водоизмещения, из них доля прочного корпуса 20% массы лодки. В отличие от других видов техники, рост массы корпуса АПЛ не является только издержкой, поскольку более массивный корпус одновременно увеличивает стойкость к действию средств поражения, в том числе ядерных.

В качестве материала прочных корпусов АПЛ в 1960-е применялась высокопрочная сталь с пределом текучести 70 кг/мм2. По прочностным качествам она вдвое превосходит сталь, широко используемую в общем машиностроении.

Глубина погружения экспериментальной подводной лодки ВМФ США «Дельфин» 1200 метров, применена сталь с пределом текучести 70 кг/мм2, на долю прочного корпуса приходится 60% массы данной лодки.

Каковы же перспективы повышения механических характеристик корпусных материалов? Ещё в начале 1960-х в качестве материала ракет «Поларис» использовалась сталь с пределом текучести 140 кг/мм2. Интересно, что в ракетостроении такая сталь не выдержала конкуренции со стеклопластиком. Для конструкций водоизмещением менее 1000 тонн перспективны также алюминиевые сплавы. Однако подводники США долгое время продолжали использовать сталь старых сортов с высокой усталостной прочностью.

В СССР широкое распространение получили титановые сплавы плотностью 4500 кг/м3 с пределом текучести 120 кг/мм2, они эквивалентны стали с б(0.2) = 210 кг/м3. Вопрос усталостной прочности титановых сплавов во многом решается тем, что на глубине более 200 метров подводная лодка не испытывает качки даже при штормовых условиях на поверхности океана.

К какому времени будет решена задача создания боевых атомных подводных лодок с рабочими глубинами до 5000 метров, трудно сказать. АПЛ «Комсомолец» имела рабочую глубину 2000 метров, позволившую с уверенностью совершить рекордное погружение на 1020 метров вскоре после спуска лодки на воду.

Итак, вопрос в следующем:
Нужны ли SCWR для перспективных АПЛ с рабочей глубиной погружения 5000 метров?

SCWR должен иметь давление выше критических 225 атмосфер. При 300 атмосферах фазовый переход вода-пар, растягиваясь на десятки градусов, не имеет характера скачка плотности, чем открывает возможность спектрального регулирования. Кроме того, если нельзя на глубоководной АПЛ иметь во внутренних трубопроводах давление меньше внешнего, SCWR на перспективных АПЛ нужны.

В первом контуре реактора АПЛ 200 атмосфер соответствует внешнему давлению на двухкилометровой глубине. Целесообразность перехода на SCWR зависит и от того, насколько реалистичным представляется в АПЛ нового поколения существенно превысить эту величину.
Рассмотрим цилиндр радиусом R, длиной L и толщиной оболочки d из материала плотностью p_w. Пусть АПЛ имеет запас плавучести S, доля массы прочного корпуса в общей массе пусть X. Предел текучести материала корпуса обозначим б_02. Запишем условие плавучести:
(2*Pi*(R^2)*d*p_w + 2*Pi*R*d*L*p_w) = (p_H2O)*Pi*(R^2)*L*(1-S)*X;
Слева масса корпуса, справа вытесняемая масса воды. Сокращаем Pi*R:
2*d*(p_w)*(R+L) = R*(p_H2O)*L*(1-S)*X; Выделяем слева знака равенства d/R:
(d/R) = (p_H2O * L* (1-S)*X) / (2*p_w *(R+L));
Теперь вспоминаем что гидростатическое давление P = (p_H2O)*g*H, а для цилиндра если толщина стенки многоменьше радиуса, то выдерживаемое давление P = (б_02)*(d/R) поэтому максимальная глубина погружения по условиям прочности плавучего корпуса H = ((б_02) / (p_H2O *g))*(d/R)) . Подставляя сюда найденное (d/R) сокращаем плотность воды и получаем выражение для H:
H_max = ((б_02) / (2*g*p_w))* (L/(L+R))*(1-S)*X
Хотя для АПЛ это не разрушающая глубина, поскольку предел прочности материалов выше предела текучести, рабочую глубину принимаем в 1,4 раза меньше. Отношение длины к диаметру пусть L/(2R) = 1:6. Применяя обычную корабельную сталь с плотностью p_w = 7800 кг/м3 и прочностью б_02 = 700 МПа, выбрав большой запас плавучести 30% (S=0,3) и массу прочного корпуса 20% от полной массы (это не ухудшает скоростных и других качеств), получаем
H_max = 580 метров . Это легко достижимая величина для стратегических БРПЛ.
Тактические АПЛ логично делать более глубоководными. Применив титановый сплав с прочностью б_02 = 1200 МПа, плотностью 4500 кг/м3, увеличив массу прочного корпуса до 40% общей массы, получаем глубину погружения H_max = 3450 метров .
Примерно такие же цифры получаются для алюминиевых корпусов, а также для стеклопластика, эти варианты актуальны при водоизмещении менее 1000 тонн.

Вывод: отношение прочности к плотности у существующих материалов не позволяет делать скоростные АПЛ на разрушающую глубину 7 километров, необходимую для рабочей глубины 5 километров. Позволяющей достигать дна океана в любой точке на 90% его площади.
Вместе с тем, замысел SCWR легко осуществим при давлении в первом контуре 300 и более атмосфер, когда переход вода-пар перестаёт иметь скачок плотности с ростом температуры. Давление в существующих АЗ реакторов АПЛ, до 200 атмосфер, меньше рабочего забортного давления нового поколения АПЛ. Из этих соображений, SCWR на АПЛ нового поколения нужен. На первом этапе до 300 атмосфер. Можно надеяться, когда-нибудь появятся и АПЛ на 5-километровую рабочую глубину, SCWR которых будет работать при 500 атмосферах.

От глубины погружения насоса в скважину зависят качество, бесперебойность подачи воды, срок эксплуатации прибора, а иногда и самого гидротехнического сооружения. Расчет минимальной глубины установки скважинного насоса лучше доверить специалистам. Она зависит от дебита источника и производительности насоса. Нужно смонтировать устройство так, чтобы исключить работу «всухую». В то же время расстояние от дна должно быть достаточным, чтобы во входной патрубок вместе с водой не всасывался песок и ил.

Разнообразие моделей погружных насосов

Допустимые границы глубины монтажа скважинного насоса

• устройство не должно соприкасаться с дном гидротехнического сооружения;
• прибор должен быть погружен не менее чем на 1 метр под водное зеркало.

Почему вообще есть ограничение по глубине относительно водного зеркала? Это связано с особенностями работы устройства. Во-первых, нужно обеспечить условия, при которых невозможна работа на «сухом ходу». Во-вторых, охлаждение электродвигателя осуществляется за счет рабочей среды. Воды должно быть достаточно, чтобы устройство не перегревалось, иначе могут возникнуть сложности с перекачиванием жидкости.

Ограничение по размещению над дном существует потому, что взвешенных твердых частиц больше всего в придонном водяном слое. Это касается всех гидротехнических сооружений, но особенно актуально для песчаных скважин. В воде находятся частицы грунта, песок, ил. Если опустить насос слишком низко, он будет качать грязную воду, непригодную для питья и бытовых нужд. Попадая в механизм насоса, песчинки могут повредить его и вывести из строя. Поэтому желательно располагать устройство в 2-6 м от дна.

Схема установки насоса в скважину

Как учесть динамический уровень скважины

Динамический уровень – это расстояние от зеркала воды до поверхности земли. Учитывают значение, когда уровень минимальный. Это важно, т.к. количество воды в скважине не постоянно. Оно может изменяться в зависимости от сезона, интенсивности забора воды из горизонта через гидротехнические сооружения, пробуренные на этот пласт. Показатели динамического уровня указаны в паспорте скважины. Они могут изменяться в зависимости от типа и конструкции насоса. Чем выше производительность насоса, тем большей должна быть глубина его погружения.

Практический метод определения нужной глубины

На практике насос в скважину устанавливают так:

• Сначала устройство опускают на страховочном тросе на всю глубину водяной скважины.
• Когда прибор достигнет дна, его поднимают на 1,5-2 м, временно фиксируют.
• После этого запускают для проверки работы.
• Если устройство работает нормально, нет никаких замечаний или нареканий, его окончательно фиксируют в этом положении.

Обратите внимание! Метод применяют только в тех случаях, если глубина погружения насоса в скважину до 16 метров. Он не подходит для глубинных скважин.

Обычно наши соотечественники стараются все работы выполнить самостоятельно. Установка водоподъемного оборудования не кажется слишком уж сложной, поэтому многие выполняют ее своими силами. При монтаже помните, что ошибки могут закончиться незапланированным ремонтом или даже заменой насоса. Поэтому, если у вас есть хоть какие-то сомнения в правильности выполняемых действий, проконсультируйтесь со специалистом.