CC BY
161
Научно-технические разработки
УДК 614.8:621.397:629.59
С.П. Чумак к.т.н
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА АКВАТОРИЯХ
Малогабаритный телеуправляемый осмотровый подводный аппарат «Гном» предназначен для мониторинга труднодоступных и потенциально- опасных подводных объектов, передачи видеоинформации об их состоянии на берег или на борт корабля, а также для записи полученной информации на видеокассету с последующей обработкой ее на компьютере
С.П. Чумак
В настоящее время одной из главных проблем обеспечения инженерной безопасности гидротехнических сооружений и поддержания в надлежащем техническом состоянии морских и речных судов является своевременное и качественное проведение подводных и подводно-технических работ. Данная проблема частично может быть решена за счет привлечения водолазов к проведению работ по обследованию подводных объектов. Однако, далеко ни всегда и ни везде применение водолазов является возможным и целесообразным. Это связано, в частности, с тем, что зачастую водолаз не является специалистом, способным адекватно оценить состояние обследуемого объекта. Кроме того, в силу антропометрических и физиологических особенностей водолаз не всегда может проникнуть в труднодоступные места (пустоты, полости, пещеры и т.п.), а также обследовать потенциально — опасные объекты, особенно расположенные на значительной (70 м и более) глубине. В этих условиях незаменимы комплексы мониторинга подводных объектов. К основным техническим средствам, входящим в состав указанных комплексов, относятся телеуправляемые подводные аппараты. В настоящее время наиболее широко применяются малогабаритные телеуправляемые подводные аппараты легкого и среднего класса серии «Гном» (рис. 1).
Рис.1 Телеуправляемый подводный аппарат «ГНОМ»
Тактико-технические характеристики:
Время установления рабочего режима:
- время готовности (развертывания) аппарата к работе — 60 с;
- время готовности (развертывания) надводной части аппарата к работе — 15 с;
- время готовности (развертывания) подводной части аппарата к работе — 10 с;
- время готовности аппарата к работе после включения питания — 30 с;
- полное время готовности аппарата к работе — 120 с.
Габаритные размеры аппарата:
- габаритные размеры надводной части аппарата в походном состоянии
- габаритные размеры подводной части аппарата в походном положении
- габаритные размеры надводной части аппарата в рабочем состоянии
- габаритные размеры подводной части аппарата в рабочем состоянии
- габаритные размеры кабеля управления (длина х диаметр)
Весовые характеристики аппарата:
- масса надводной части аппарата в походном положении
- масса подводной части аппарата в походном положении
- масса надводной части аппарата в рабочем положении
- масса подводной части аппарата в рабочем положении
- масса соединительного кабеля управления
- масса автономного источника электропитания
- общая масса комплекта
- время работы аппарата от внутреннего (автономного) источника питания
Технические параметры
1. Число движителей — 4. Тип электродвигателя ДП-20. Применена магнитная муфта для передачи вращения на ось с пропеллером. Имеется автоматическая защита — останов моторов при попадании в них предметов, мешающих вращению пропеллеров.
2. Скорость:
• горизонтального движения — до 1 м/с;
• вертикального движения — до 0,5 м/с.
3. Рабочая глубина — 100 м,
предельно допустимая — 150 м.
4. Длина кабеля — до 200 м.
5. Тип кабеля — телевизионный РК50, специально упрочненный кевларом в полиэтиленовой оболочке, плавучесть кабеля — отрицательная.
6. Диаметр кабеля — 3,5 мм.
7. Усилие на разрыв — 90 кг, функциональные повреждения наступают при усилии больше 25 кг.
8. Осветители — 21 светодиод белого цвета фирмы Hewlett Packard.
9. Видеокамера — цветная PAL CCD, 1 лк, 450 твл, производство фирмы КОМКОМ (Корея) или аналогичная.
10. Питание — сеть 220 В или от встроенного аккумулятора 7 Ач, напряжение батареи индицируется на экране.
11. Влажность окружающей среды — до 100 %.
12. Диапазон рабочих температур —5 — + 45 °С.
13. Конструктивное исполнение — переносное, в специальных чемоданах.
14. Вес аппарата «Гном» — 2,5 кг, полной системы — 18 кг.
15. Размеры аппарата «Гном» 320х150х120 мм.
Имеется датчик глубины (точность 20—30 см) с выводом информации на видеомонитор в режиме «Телетекст».
Малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат «Гном» создан в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН при участии специалистов ФГУ «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций» МЧС России» (Федеральный центр науки и высоких технологий) на основе использования современных компьютерных и телекоммуникационных технологий. Указанный аппарат предназначен для обследования подводных объектов и способен проводить работы по осмотру и обследованию труднодоступных и потенциально опасных объектов. По сути, данный аппарат представляет собой дистанционно управляемую подводную видеокамеру, оснащенную осветителями, датчиком глубины и компасом (рис. 2).
Управление движением производится с помощью джойстика, команды которого передаются на 4 движителя.
Оператор может осуществлять движение аппарата вперед-назад, поворачивать вправо-влево, а также вверх-вниз.
Рис. 2. Управление подводным аппаратом «ГНОМ»
Аппарат подключается к видеомонитору, телевизору и/или видеомагнитофону с помощью стандартного кабеля. На экране отображается подводная обстановка, фиксируемая видеокамерой, а также информация о режимах работы и показания датчиков глубины и компаса.
— 14,1 кг;
— 9,2 кг;
— 14,1 кг;
— 2,5 кг;
— 3,2 кг;
— 3,5 кг;
— 23,3 кг;
— 20,0 мин.
— 460x350x175 мм;
— 480x380x190 мм;
— 460x350x480 мм;
— 310x150x120 мм;
— 124000х3 мм.
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Электропитание автономное от аккумулятора либо внешней сети напряжения 220 В.
Аппарат имеет небольшие габариты и массу, может транспортироваться одним человеком в поезде или в самолете и быстро развертывается в рабочее состояние в течение нескольких минут.
Предварительные испытания аппарата показали, что он может эффективно использоваться при ведении подводных и подводно-технических работ на стометровой глубине. Предельно допустимая глубина погружения — 150 м.
Как показал анализ, в своем классе аппарат существенно превосходит все известные аналоги.
Так, ближайший аналог рассматриваемого аппарата — аппарат Videorey 2000 (производства фирмы Videorey Ink. США) имеет рабочую глубину 38 м, толщину кабеля 10 мм и стоимость 12 000 долларов США. Сравнительные характеристики аппарата
ние подводных и подводно-технических работ.
Практика показала, что при обследовании гидротехнических сооружений и подводных переходов трубопроводов данные работы имеют определенные особенности в зависимости от сложности и характера решаемых задач и подразделяются на три основные группы:
• работы по обследованию подводных сооружений и объектов различного назначения, расположенных на небольшой глубине (до 15 м);
• работы по обследованию участков донной поверхности на глубине от 15—20 до 100 м;
• работы по обследованию подземных гидросооружений.
Так, к работам первой группы относятся работы по обследованию подводных элементов конструкций гидротехнических сооружений.
Подобные работы проводились на Темповском шлюзе канала им. Москвы, при обследовании причальных
Рис. 3. Обследование затонувших автомобилей
«Гном-3» и У1ёеогеу 2000 показывают значительные преимущества аппарата «Гном-3» не только по тактико-техническим параметрам, но и по стоимости.
По сравнению с существующими аналогами, данный аппарат оснащен электродвигателями повышенной мощности и при этом обладает небольшими габаритами и массой, что позволяет ему легко маневрировать под водой и быстро достигать любой точки подводного пространства. Потребляемая мощность электродвигателей снижена до таких значений (12 В), при которых для энергоснабжения аппарата могут применяться обычные автомобильные аккумуляторы. Преимуществом указанного аппарата является использование специального коаксиального кабеля диаметром 2 мм. В ближайшем аналоге (указанном выше) применяется кабель диаметром 10-12 мм. Для дистанционного управления используется система компьютерного управления и связи с сетевыми компьютерами, что позволяет оператору, находясь на значительном расстоянии от места производства работ, отслеживать подводную обстановку.
В процессе создания аппарата учитывались потребности рынка, объемы проводимых работ на акваториях и их специфика. Так, проведенные маркетинговые исследования показали наличие устойчивого спроса на комплексы подводного мониторинга и на проведе-
набережных Московского Южного порта, бетонного порога плотины Знаменитая на р. Сухона в Вологодской области, а также при обследовании насосной станции речного водозабора завода «Капролактам» и подводного перехода продуктопровода «Дзержинск-Кстово»: четырех ниток (двух трубопроводов этилена, двух трубопроводов пропилена и кабеля связи) на 26 км р. Ока.
К работам второй группы могут быть отнесены работы по установлению мест нахождения затонувших объектов (автомобилей, тракторов, судов, различного строительного оборудования и т. п.). Такие работы выполнялись в 2002-2003 гг. на озере Байкал и на Ладожском озере (рис. 3).
Кроме того, работами второй группы являются и работы, связанные с прокладкой нефте-, газо- и продуктопроводов по морскому или речному дну. В качестве примера можно привести работы по обследованию трассы подводного нефтепровода в районе платформы Д-6 Кравцовского месторождения в Балтийском море.
И, наконец, типичным примером выполнения работ третьей группы являются работы по оценке состояния самотечных каналов ГРЭС и ТЭЦ. В частности, такие работы были с успехом проведены на ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго».
Рис. 4. Обследование подводной части корпуса, движительно-рулевого комплекса и подводно-забортной арматуры катеров на озере Иссык-Куль (Республика Кыргызстан)
Наряду с обследованием гидротехнических сооружений телеуправляемые подводные аппараты вполне успешно могут применяться при проведении работ по оценке технического состояния судов. Примером проведения работ такого рода являются работы по техническому освидетельствованию подводной части корпуса, движительно-рулевого комплекса и подводно-забортной арматуры катеров Минобороны России на оз. Иссык-Куль в Республике Кыргызстан (рис. 4), а также работы по техническому освидетельствованию подводной части корпуса и движительно-рулевого механизма земснаряда на р. Северная Двина в Архангельской области.
Анализ опыта проведения подводных и подводнотехнических работ с применением малогабаритного телеуправляемого осмотрового подводного аппарата позволил выявить его несомненные достоинства.
К ним относятся:
- высокая маневренность аппарата;
- возможность работы в условиях ограниченной видимости;
- значительная глубина погружения;
- возможность управления аппаратом с берега или с борта корабля;
- малые габариты и масса;
- удобство транспортировки;
- небольшое время подготовки к работе;
- простота эксплуатации.
В тоже время были установлены и некоторые недостатки, основными из которых являются сложность установления координат аппарата и направления его на обследуемый объект при работе на глубине свыше 10 м, а также невозможность его использования в условиях сильных течений.
Указанные недостатки обуславливают повышенные требования к подготовке оператора. Очевидно, что оператор должен не просто уметь управлять аппаратом. Он должен его тонко чувствовать и обладать пространственным воображением с тем, чтобы чётко представлять где, в каком месте находится аппарат и куда он движется.
С учетом этого обстоятельства целесообразно при выполнении подводных работ использовать не один, а два аппарата, что существенно упрощает уп-
равление и повышает эффективность обследования. Идеальным вариантом представляется совмещение работы водолаза и двух телеуправляемых аппаратов. В этом случае эффективность их применения возрастает многократно.
В целом, анализ опыта проведения работ по обследованию подводных объектов показал, что малогабаритные телеуправляемые подводные аппараты целесообразно использовать при решении следующих задач:
• мониторинг мест захоронения отравляющих веществ, радиоактивных отходов и обычных боеприпасов;
• обследование труднодоступных участков гидротехнических сооружений;
• мониторинг экологической обстановки в территориальном море и внутренних водах Российской Федерации;
• обследование подводной части плавсредств, с целью определения их состояния, в том числе поиск опасных предметов и веществ;
• обследование затонувших плавсредств, с целью выработки мероприятий по их подъему;
• обследование подводных частей трубопроводов с целью определения их состояния;
• поиск пострадавших подо льдом в труднодоступных местах;
• мониторинг запасов биоресурсов в прибрежной зоне Российской Федерации;
• обследование донной поверхности территориального моря и внутренних вод Российской Федерации для оценки возможности прокладки трубопроводов.
«Гном» награжден Золотой медалью на «Всемирной выставке изобретений Эврика-2000» в Брюсселе, демонстрировался в российской экспозиции всемирной выставки «Экспо-2000» в Ганновере (рис. 5).
Подводя итог, можно сделать вывод о том, что телеуправляемые подводные осмотровые аппараты типа «Гном» могут рассматриваться в качестве эффективного технического средства при решении задач по обеспечению безопасности и предупреждению чрезвычайных ситуаций на акваториях.
Рис. 5. Экспозиция телеуправляемого подводного аппарата «Гном» на Международной выставке в Брюсселе
Научно-технические разработки
