СПОСОБ СПАСЕНИЯ С АВАРИЙНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ Российский патент 2003 года по МПК B63G8/40 

Изобретение относится к области средств спасения для подводных технических средств и может быть использовано при спасении экипажей с аварийных подводных лодок в подводном положении.

Известна система коллективного спасения экипажа с подводной лодки - танкера в аварийном положении при значительном крене и дифференте (патент РФ 2174088 от 05.09.2000, МПК 7 В 63 G 8/40), содержащая спасательную всплывающую камеру в виде герметичной прочной автономной капсулы с индивидуальной системой запуска сжатым воздухом, причем капсула размещена в прочной шахте подводной лодки и имеет движители реактивного действия для принудительного выброса капсулы из прочной шахты. Способ спасения экипажа с аварийной подводной лодки (ПЛ) состоит в обеспечении управляемого всплытия камеры с экипажем из прочной шахты и поддержании жизнедеятельности экипажа до подхода спасательного судна, причем прочная шахта, в частности, имеет комингс-площадку, к которой может быть присоединено (пристыковано) переходное устройство спасательного аппарата. Известный способ спасения экипажа с аварийной подводной лодки может оказаться неосуществимым при заклинивании крышки входного нижнего люка капсулы, или выброс капсулы из прочной шахты может быть затруднен из-за последствий внешнего воздействия на ПЛ.

Известен способ крепления спасательного подводного аппарата (СПА) на аварийной ПЛ путем присоса переходной камеры СПА к комингс-площадке ПЛ в подводном положении (патент РФ 2157776, опубл. 20.10.2000; см. также Войтов Д. В. Подводные обитаемые аппараты. - М.: ACT - "Астрель", 2002, с.186-201; журнал "Судостроение", 1995, 2-3, с.17-19, 1998, 3, с.20-22).

Известный способ предусматривает использование переходной камеры СПА, при этом после посадки переходной камеры на комингс-площадку ПЛ резиновая прокладка опорного кольца переходной камеры должна быть совмещена с опорным кольцом комингс-площадки по всему периметру, после чего полость переходной камеры сообщается с цистерной СПА, давление в которой равно атмосферному. При этом часть воды перетекает в цистерну, а давление в полости переходной камеры быстро понижается и переходная камера плотно прижимается к комингс-площадке ПЛ за счет действия наружного давления воды. Воду из переходной камеры удаляют полностью. Для безопасности устанавливают механические крепления, фиксирующие соединение переходной камеры с комингс-площадкой. Затем давление в переходной камере выравнивают с давлением внутри ПЛ, что необходимо для приема экипажа с аварийной ПЛ.

Известный способ достаточно опасен в осуществлении в случае затопления забортной водой аварийной ПЛ, когда ее экипаж находится в воздушной подушке в верхней части ПЛ, а давление этого воздуха в ПЛ равно забортному. В этих условиях сила присоса переходной камеры к комингс-площадке может оказаться недостаточной, а в случае, когда давление воздуха в переходной камере может оказаться выше забортного на ее уровне, возникает сила отрыва переходной камеры от комингс-площадки. В последнем случае снятие механических креплений переходной камеры к комингс-площадке силами экипажа СПА достаточно опасно, а наличие воздуха под повышенным давлением в переходной камере в момент возможного отрыва (нештатного отделения спасательного средства от аварийной ПЛ) ухудшает его остойчивость, приводит к неопределенности в поведении последнего при отделении от ПЛ и может привести к аварии, в особенности в ситуациях, когда механические крепления убраны не полностью или не закрыт люк переходной камеры СПА.

Известен способ осуществления спасательной операции СПА на подводной камере путем присасывания переходной камеры СПА к комингс-площадке подводной камеры в подводном положении (патент Франции 2379428, МПК В 63 G 8/40, В 63 С 11/34, опубл. 06.10.78). Внутренняя полость переходной камеры связана трубопроводом с балластным отсеком подводного аппарата. Через трубопровод давление внутри указанной полости стравливается перепуском воды из этой полости в балластный отсек во время стыковки подводного аппарата с подводной камерой, что компенсирует статическую подъемную (архимедову) силу, которая появляется при осушении переходной камеры, и одновременно обеспечивает удифферентовку СПА. Для безопасности устанавливают механические крепления, фиксирующие соединение переходной камеры с комингс-площадкой. Переход экипажа из подводного аппарата в переходную камеру происходит при атмосферном давлении. Кроме того, подводный аппарат при спуске на воду имеет возможность стравливать воздух из переходной камеры через трубопровод с клапанами для исключения ухудшения остойчивости подводного аппарата.

Однако известный способ осуществления спасательной операции (способ спасения с аварийной ПЛ) не позволяет его использовать в случае повышенного давления воздуха в переходной камере СПА, что происходит при спасении в случае затопления забортной водой подводной камеры при аварии, когда экипаж находится в воздушной подушке в верхней части подводной камеры, а давление воздуха равно забортному.

Известный способ спасения с аварийной подводной лодки, включающий посадку СПА на ПЛ, присасывание переходной камеры СПА к комингс-площадке ПЛ в подводном положении, осушение переходной камеры СПА, сообщение отсека СПА с переходной камерой, механическую фиксацию соединения переходной камеры с комингс-площадкой, сообщение отсека аварийной ПЛ с переходной камерой СПА для контакта их газовых сред и перехода экипажа, последующее разобщение объемов газовых сред, снятие механических креплений и последующее разобщение отсека СПА с его переходной камерой, заполнение водой переходной камеры СПА, достижение в ней величины давления среды, обеспечивающей разделение переходной камеры и комингс-площадки с последующим отделением СПА от аварийной ПЛ, выбран в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения.

Задача изобретения заключается в повышении надежности и безопасности спасения экипажа аварийного объекта в подводном положении.

Задача решена тем, что в известном способе спасения экипажа с аварийной подводной лодки, включающем посадку СПА на ПЛ, присасывание переходной камеры СПА к комингс-площадке ПЛ в подводном положении, осушение переходной камеры СПА, сообщение отсека СПА с переходной камерой, фиксацию соединения переходной камеры с комингс-площадкой жесткой механической связью, сообщение отсека аварийной ПЛ с переходной камерой СПА для контакта их газовых сред и перехода экипажа, их последующее разобщение, снятие механических креплений и последующее разобщение отсека СПА с его переходной камерой, заполнение водой переходной камеры СПА, достижение в ней давления среды, обеспечивающего разделение переходной камеры и комингс-площадки с последующим отделением СПА от аварийной ПЛ, в соответствии с изобретением, после разобщения переходной камеры СПА и отсека аварийной ПЛ производят выпуск части объема газовой среды из переходной камеры, который осуществляют на отметке глубины выпуска, меньшей глубины погружения комингс-площадки аварийной ПЛ, при этом изменяют давление газовой среды в переходной камере до величины забортного давления воды на упомянутой глубине выпуска, причем изменение давления производят в условиях обеспечения жесткой механической связи СПА с упомянутой комингс-площадкой.

Кроме того, выпуск части объема воздуха производят при начальной разности упомянутых глубин выпуска и комингс-площадки не менее 5 м.

Технический результат изобретения состоит в использовании силы отрыва, возникающей под действием повышенного давления воздуха из затопленных отсеков ПЛ, для получения силы присоса, достаточной для удержания СПА на аварийной ПЛ при наличии повышенного давления воздуха внутри затопленных отсеков ПЛ и произвольных величинах параметров внешней среды в подводном положении.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема взаимодействия СПА с аварийной ПЛ в подводном положении.

Аварийная ПЛ 1 лежит на грунте на отметке 2 уровня глубины с затопленным отсеком. Верхняя крышка 3 и нижняя крышка 4 люка 5 аварийной ПЛ 1 закрыты, в отсеке образовалась воздушная подушка 6, обеспечивающая воздухом экипаж аварийной ПЛ 1. Давление воздуха в воздушной подушке 6 уравнено с давлением поступившей в отсек аварийной ПЛ 1 забортной воды и равно давлению воды за бортом на отметке 7 уровня глубины, совпадающей с уровнем затопления отсека, что следует из принципа равновесия жидкости в сообщающихся сосудах. Комингс-площадка 8 люка 5 аварийной ПЛ 1 не повреждена и находится на отметке 9 уровня глубины погружения с принятым СПА 10, который снабжен переходной камерой 11 с крышкой 12. СПА 10 снабжен крышкой 13 входного люка, а также имеет трубопровод 14, снабженный закрытым запорным клапаном 15 и обратным клапаном 16, которые установлены на концах трубопровода 14, соединенного через клапан 15 с внутренней полостью 17 переходной камеры 11 и имеющего загнутый в обратном направлении конец с клапаном 16. Вместо обратного клапана 16 может быть использован запорный клапан с дистанционным управлением. Давление внутри трубопровода 14 равно атмосферному на уровне моря.

Отметка 18 соответствует уровню глубины погружения конца трубопровода 14 с клапаном 16 (при рассмотрении действия давления среды малым усилием открытия обратного клапана 16 можно пренебречь), при этом отметка 18 расположена выше отметки 9. Отметка 19 соответствует уровню поверхности моря. Начальная разность между уровнями отметок 9 и 18 в реальных условиях составляет не менее 5 м.

Давление забортной воды для прижима переходной камеры 11 к комингс-площадке 8 действует на круглую площадку, ограниченную средним диаметром D1 резинового кольца 20 переходной камеры 11, имеющую площадь S. Из-за особенностей конструктивного исполнения переходной камеры 11 и самого СПА 10 величина площади S определяется из упрощенного соотношения:
S=S1+S2, (1)
где S1 - площадь кольца с диаметрами D1 и D2 (D1>D2) на отметке 21 уровня приложения гидростатического давления среды к переходной камере, а S2 - площадь круга диаметром D2 на отметке 22 уровня приложения гидростатического давления к СПА. Разность между уровнями отметок 21 и 22 обусловлена формой исполнения и местоположением конкретных конструкций, на которые воздействует давление забортной воды при присосе переходной камеры 11 к комингс-площадке 8.

Для обеспечения безопасности использованы механические крепления 23 - талрепы или скобы для фиксации соединения переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8.

После посадки переходной камеры 11 СПА 10 на комингс-площадку 8 аварийной подводной лодки 1 резиновое кольцо 20 переходной камеры 11 ложится на опорное кольцо комингс-площадки 8 по всему периметру. После этого полость 17 переходной камеры 11 сообщается с цистерной (не показано) СПА 10, давление в которой равно атмосферному на уровне моря. Часть воды перетекает в цистерну, что компенсирует статическую подъемную силу (архимедову силу), возникающую при осушении переходной камеры 11, и одновременно обеспечивает удифферентовку СПА 10, при этом давление в полости 17 переходной камеры 11 быстро понижается и переходная камера 11 наружным давлением воды плотно прижимается к комингс-площадке 8. Воду из переходной камеры 11 удаляют полностью и открывают крышку 12. Для обеспечения безопасности при необходимости вручную устанавливают механические крепления 23 - талрепы или скобы, фиксирующие соединение переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8. Затем давление в переходной камере 11 выравнивают с давлением внутри подводной лодки 1, а именно в воздушной подушке 6.

Максимальное давление воздуха в воздушной подушке 6 затопленного отсека ПЛ 1, Ротс соответствует давлению воды за бортом на отметке 7 глубины Н7 уровня затопления отсека:
Ротс~Н7. (2)
Давление сил присоса Рпр переходной камеры 11 к комингс-площадке 8 после посадки СПА 10 на аварийную ПЛ 1 и сброса давления в полости 17 переходной камеры 11 пропорционально глубине точек приложения давления:
- на переходную камеру на отметке 21 глубины Н21 на кольцо площадью S1 (чертеж):
Рпр1~Н21, (3)
- на СПА на отметке 22 глубины Н22 на круг площадью S2 (чертеж)
Рпр2~Н22. (4)
Условно среднее (средневзвешенное) давление Р пр (силы присоса), действующее на круг площадью S, будет равно:
Рпр=(1/S)(Рпр1•S1+Рпр2•S2). (5)
Относительное давление сил отрыва Ротр переходной камеры 11 от комингс-площадки 8 после выравнивания давления в переходной камере с давлением внутри ПЛ 1, а именно в воздушной подушке 6, будет равно:
Ротр=Ротс-Рпр. (6)
Действие силы отрыва Ротр воспринимают механические крепления 23, фиксирующие соединение переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8.

После открытия крышек 4, 5 и перехода экипажа из ПЛ 1 с затопленным отсеком в СПА 10, крышки 4, 5 закрывают.

Воздействия на СПА 10, вызываемые наличием повышенного внутреннего давления воздуха в отсеках ПЛ (отсеке-убежище) в сочетании с подводным течением, могут привести к неустойчивому положению СПА 10 при отдаче механических креплений 23 переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8. В результате такое силовое взаимодействие СПА 10 с аварийной ПЛ 1 и подводным течением будет вызывать относительное смещение СПА, в т.ч. неопределенное и неуправляемое.

Предварительные расчеты показывают, что в условиях воздействия неблагоприятных факторов среды начальная разность глубин на отметках 9 и 18, соответствующих глубинам комингс-площадки 8 и уровня выпуска газовой среды из переходной камеры 11, должна быть увеличена примерно до 10 м.

Для обеспечения безопасности перед снятием механических креплений 23, фиксирующих соединение переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8, сначала сбрасывают давление воздуха в полости 17 переходной камеры 11 СПА 10 путем открытия запорного клапана 15 трубопровода 14. Воздух из полости 17 переходной камеры 11 по трубопроводу 14 через обратный клапан 16 стравливается за борт до выравнивания давления воздуха в переходной камере 11 с забортным гидростатическим давлением Р18 на отметке 18 уровня глубины, после чего запорный клапан 15 закрывают.

Давление сил присоса Рпр3 переходной камеры 11 к комингс-площадке 8 после стравливания воздуха на отметке 18 глубины H18 с гидростатическим давлением Р18 будет равно:
Рпр3=Рпр-Р18=(1/S)•(Рпр1•S1+Рпр2•S2)-Р18. (7)
Оценки показывают, что для упомянутой выше разности между уровнями отметок 9, 18 глубин Н9, H18 комингс площадки 8 и уровня выпуска газовой среды около 10 м полученная дополнительная сила присоса Рпр3 составляет величину порядка 15000 кг.

После этого вручную отдают механические крепления 23 (талрепы или скобы), которые фиксируют соединение переходной камеры 11 с комингс-площадкой 8. Закрывают крышку 12 и заполняют водой полость 17 переходной камеры 11, после чего, если механические крепления 23 по какой-то причине не отданы, возможна их дистанционная отдача. Затем в переходной камере 11 обеспечивают достижение необходимой величины давления для разделения переходной камеры 11 и комингс-площадки 8, после чего СПА 10 отходит от аварийной ПЛ 1.

При возникновении форс-мажорных обстоятельств, пока величина забортного давления хотя бы минимально обеспечивает безопасность спасательных работ, выпуск части объема газовой среды из переходной камеры 11 СПА 10 на глубине, меньшей глубины погружения комингс-площадки 8 аварийной ПЛ 1, при необходимости, можно производить без механических креплений 23.

Предлагаемый способ спасения с аварийной ПЛ позволяет повысить надежность и безопасность проведения спасательных работ в подводном положении, в т.ч. безопасность отстыковки СПА от аварийной ПЛ при наличии неблагоприятных ограничивающих факторов, а именно наличия повышенного давления воздуха внутри затопленных отсеков аварийной ПЛ, а также дополнительных ограничивающих факторов, таких как глубина погружения аварийной ПЛ, ее крен и дифферент и курсовой угол СПА к вектору подводного течения и скорость последнего.

Изобретение относится к средствам спасения экипажа аварийной подводной лодки (ПЛ) в подводном положении с использованием подводного спасательного аппарата (СПА). В соответствии со способом осуществляют посадку СПА на ПЛ с присасыванием переходной камеры СПА к комингс-площадке ПЛ. Переходную камеру СПА осушают, сообщают с нею отсек СПА, жестко фиксируют механическое соединение переходной камеры с комингс-площадкой и сообщают отсек-убежище аварийной ПЛ с переходной камерой СПА. Затем отсек ПЛ разобщают с переходной камерой. Далее производят выпуск части объема газовой среды из переходной камеры, изменяя давление газовой среды в переходной камере до величины забортного давления на глубине выпуска, что создает дополнительную силу присоса переходной камеры СПА к комингс-площадке. Затем снимают механические крепления, разобщают отсек СПА с его переходной камерой и заполняют переходную камеру водой до достижения давления среды в ней, обеспечивающего отделение ее от комингс-площадки и отделения СПА от аварийной ПЛ. Достигается повышение надежности и безопасности спасения экипажа аварийной ПЛ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ спасения с аварийной подводной лодки, включающий посадку спасательного подводного аппарата (СПА) на подводную лодку (ПЛ), присасывание переходной камеры СПА к комингс-площадке ПЛ в подводном положении, осушение переходной камеры СПА, сообщение отсека СПА с переходной камерой, фиксацию соединения переходной камеры с комингс-площадкой жесткой механической связью, сообщение отсека аварийной ПЛ с переходной камерой СПА для контакта их газовых сред и перехода экипажа, их последующее разобщение, снятие механических креплений и последующее разобщение отсека СПА с его переходной камерой, заполнение водой переходной камеры СПА, достижение в ней величины давления среды, обеспечивающей разделение переходной камеры и комингс-площадки с последующим отделением СПА от аварийной ПЛ, отличающийся тем, что после разобщения переходной камеры СПА и отсека аварийной ПЛ производят выпуск части объема газовой среды из переходной камеры, который осуществляют на отметке глубины выпуска, меньшей глубины погружения комингс-площадки аварийной ПЛ, при этом изменяют давление газовой среды в переходной камере до величины забортного давления воды на упомянутой глубине выпуска, причем изменение давления газовой среды производят в условиях обеспечения жесткой механической связи СПА с упомянутой комингс-площадкой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпуск части объема газовой среды производят при начальной разности упомянутых глубин выпуска и комингс-площадки не менее 5 м.