Снаряжение для определения индивидуальной массы балласта нулевой плавучести

Снаряжение для определения индивидуальной массы балласта нулевой плавучести

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к водному спорту, к водолазному снаряжению, к системам открытого дыхания с малых глубин, в частности к средствам балластировки и балансировки плавучести.

Исходя из воздушной емкости костюмов, скафандра, некоторых рабочих инструментов, оборудования для обеспечения устойчивости и остойчивости, в том числе при подводных течениях, водолаз берет на себе под воду повышенную массу груза. Дайвер дополнительно к тяжести акваланга пользуется утяжелителями на поясе, а также в виде нагрудного (патент FR №2816814 А1, 24.06.2002, А 45 F 3/04), наспинного, нашейного груза (патент FR №2778889 А3, 26.11.1999, В 63 С 11/30), мягких прессованных утяжелителей на лодыжках. Преодоление возникающей отрицательной плавучести у подводных пловцов потребовало разработки сперва баллонов и жилетов с воздушными емкостями (патент US №3379023, 23.04.1968, 405-186, авт.св. SU №740602, 15.06.1980, В 63 С 11/04), а затем и компенсаторов с сенсорами давления и электронного контроля автоматического поддува, воздуха или его сброса (патент US №5482405, 09.01.1996, 405-186). Иными словами, определением индивидуальной массы балласта для нулевой (нейтральной) плавучести специально не занимались, ее обходили опытным путем, в целом учитывая изменяющуюся массу акваланга (из-за нагнетания и расхода сжатого воздуха или газовой смеси), объема и плавучести костюма, маски, ласт, манипулируя утяжелителями и работой компенсатора.

При подводном плавании на малых глубинах (до 8 метров) пловец может быть обеспеченным подачей воздуха с поверхности воды и балласт ему необходим для непосредственного погашения своей положительной плавучести. Если она у него отрицательная, то также важно знать ее размер компенсации подъемной силой воздушной емкости, которая ему потребуется под водой. Человек располагает индивидуальными меняющимися характеристиками физического развития, например объемом, удельным весом, плотностью, массой тела. Архимедова выталкивающая, она же гидростатическая подъемная сила, напрямую зависит от объема тела и вычисляется как удельный вес воды, умноженный на объем вытесненное телом воды. Для подводного пловца интерес представляет разность между подъемной силой и силой тяжести массы тела (которая определяется простым взвешиванием на весах). Именно эта разность определяет размер индивидуальной массы балласта, необходимого для его выхода на нулевую плавучесть. Если вытесняется масса воды больше, чем масса тела - у него положительная плавучесть, выражаемая в килограммах, меньше - отрицательная, также выражаемая в килограммах, но со знаком минус, а нулевая - когда обе массы совпадают.

Привлекательно определять плавучесть в натурных условиях - в подводной среде при дыхании с поверхности воды через удлиненную трубку. Само по себе удлинение трубки доставляет много неудобств (патент US №2814292, 26.11.1957, 128-201.11, даже если трубка телескопическая - патент FR №2609962, А1, 29.07.1988, В 63 С 11/16): возвратный воздух резко сокращает время пребывания под водой, ухудшает самочувствие, трудно выдуть воду при нырянии (не хватает объема выдоха), т.е. требуется обеспечить незаливаемость трубки водой. По устранению рециркуляции выдыхаемого воздуха известны дыхательные трубки с двумя воздуховодами (патент № №168815 В, 30.12.1991, В 63 С 11/16 и патент FP №2732305 А1, 04.10.1996, В 63 С 11/16), но суженные проходы воздуха и возможная заливаемость водой затруднили их широкое использование. Предложение разместить в современной дыхательной трубке клапан вдоха рядом с загубником и клапаном выдоха (патент RU №2231473 С1, 27.06.2004, В 63 С 11/16, прототип) позволяет полностью использовать трубку только для вдоха и ее удлинить, предусмотрев незаливаемость. Недостатком является то, что клапан вдоха в отдельном корпусе на скошенном конце имеет седло, которое выполнено относительно продольной оси корпуса под углом, не превышающим 45°. Незаливаемость предлагают многие устройства в виде пластмассовых шаров, перекрывающих входные отверстия воздуха при погружении под воду (патент GB №2311227 А, 24.03.1997, В 63 С 11/16 и патент US №5351681, 04.10.1994, 128-201.11), либо принцип колокола (патента US №5535734, 16.07.1996, 128-201.27), в том числе на дыхательной трубке (патент SU №1761587 А1, 15.09.1992, В 63 С 11/16). С тем, чтобы повысить их надежность, они нуждаются в дополнительном дублировании защитных приспособлений.

Целью изобретения является разработка комплекса устройств, необходимых для определения индивидуальной массы балласта нулевой плавучести: наспинной и нагрудной пластин с возможностью распределять, центровать и фиксировать в подвесной системе свинцовые плашки балласта и две воздушные емкости для компенсации тяжести подвесной системы и свинцовой плашки - нейтрализатора, удлиненной дыхательной трубки, вертикально устойчивой и наваливаемой водой, с установкой в ней клапана вдоха для устранения рециркуляции воздуха.

Указанная цель достигается тем, что подвесная система для стандартных утяжелителей и воздушных емкостей содержит симметричные относительно продольной оси нержавеющие стальные, дюралевые или пластмассовые наспинную и нагрудную пластины, покрытые цветным полимерным материалом, с дужками или петлями для подвески балласта и воздушных емкостей, плечевых и поясного ремней, постоянно закрепленных па наспинной пластине и через пряжки подтягивания, крепящиеся карабинами к дудкам нагрудной пластины, верхнюю часть нагрудной пластины занимает рабочая воздушная емкость в 2 л, 5 л или Х л с клапаном впуска воды в крышке, с прозрачной передней стенкой и градуировкою каждых 0,1 л объема воды, заливаемой в емкость во время измерений. Для противовеса плавучести воздушной емкости подвешивается утяжелитель - нейтрализатор в виде свинцовой плашки в 2 кг, 5 кг, Х кг. Под водой при заливе емкости через клапан впуска их балансировочное равновесие нарушается, что используется для точного измерения индивидуальной массы балласта пловца. В случае, когда параметры ±2 кг, ±5 кг, ±Х кг недостаточны для определения плавучести, то производят дополнительное крепление стандартных свинцовых плашек в 2 кг, 5 кг, Х кг при измерении положительной плавучести пловца, в том числе, например, с накаченным компенсатором, или подвешивание на пояс дополнительных воздушных емкостей стандартного объема при определении отрицательной плавучести пловца, которое выполняется при снятом утяжелителе - нейтрализаторе (воздушные емкости добавляют, если объема рабочей емкости недостаточно для обеспечения положительной плавучести пловца, тем более вместе со снаряжением). Иными словами, воздушные емкости создают положительную плавучесть тела и его снаряжения, которую компенсируют массой воды, заливаемую в рабочую емкость до выхода пловца на зависание, нулевую плавучесть. Разность объема использованных емкостей и залитого объема воды составляет отрицательную массу плавучести пловца.

При необходимости на нагрудное пластине предусмотрена возможность вместо одного утяжелителя на середине подвесить два по краям. На наспинной пластине подвешивается до четырех таких утяжелителей (по углам), обеспечив определения по суммарной массе балласта до 12 кг, 30 кг, Х кг × 6. Стандартные свинцовые утяжелителе покрыты цветным полимерным материалом и для крепления имеют прижимные планки, а воздушные емкости - в 1 л, 2 л, 3 л в виде закрытых пластмассовых бутылок подвешиваются к поясному ремню. Поперечно под большой рабочей емкостью размещается емкость, например, в 1,5 л, 3 л, которая предназначена для балансировки плавучести массы самого снаряжения вместе с заполненной водой большой воздушной емкости (снижается крышка) пли пустой закрытой, но с противовесов, что позволяет, опустив снаряжение под воду, его сбалансировать (добавляя воду через клапан впуска в воздушную емкость до выхода его на нулевую плавучесть). При этом подвесная система с пластинами делается по массе меньше 1,5 кг или 3 кг.

Как показывает опыт, в дыхательных трубках с патрубком воздухопровода с загубником и клапаном выдоха угол продольных осей загубника и воздуховода влияет на угол продольной оси вставляемого в патрубок корпуса клапана вдоха и плоскости седла среза нижнего конца корпуса (при креплении мембраны к его стенке), оптимально такие утлы равны. Приведенный прототип по клапану вдоха действует для трубок, в которых продольные оси загубника и патрубка воздуховода под углом 45°, т.к. в настоящее время стали широко использоваться трубки с углом стыковок больше 45°, вплоть до 90°, то угол среза корпуса клапана вдоха будет меняться до 90°. По ходу вверх удлиненная дыхательная трубка крепится к маске. Для поддержания трубки в вертикальном положении предлагается поплавок, например, при диаметре в 20 см и высоте в 5 см он обладает положительной плавучестью в 1,5 кг. Над головой на трубке помещается предохранительный стационарный ограничитель для поплавка, от которого по мере погружения (ухода) пловца под воду трубка перемещается вниз, а поплавок остается на поверхности воды. Находясь в вертикальном положении пловец уже на глубине двух, трех десятков сантиметров испытывает затруднения дыхания, т.к. легкие находятся еще ниже по глубине и давление воды на грудную клетку мешает им нормально функционировать. Поэтому достаточно иметь удлинение трубки до одного метра, высоту водного пространства над головой можно регулировать верхним ограничителем поплавка. Например, достаточно над головой иметь 15 см до поверхности воды - от низа стационарного ограничителя измеряем 20 см, опускаем поплавок (высота - 5 см) и закрепляем верхний ограничитель. Теперь, погрузившись на глубину в 15 см, пловец ощутит сопротивление поплавка в 1,5 кг, и ему следует шагнуть обратно, чтобы ослабить и свести на нет его воздействие. Незаливаемость трубка обеспечивает не только эффект колокола удлиненного колпака насадки, герметично закрепленного на верхнем конце трубки. Нижняя стенка колпака - плоская с несколькими отверстиями, являющимися входными для потоков воздуха в трубку, каждое из которых наполовину или больше диаметра дыхательной трубки и имеют седла, перекрываемые верхней, покрытой резиной, плоскостью поплавка в случае полного погружения трубки под воду.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена подвесная система с наспинной и нагрудной пластинами, на фиг.2 - клапан вдоха в воздуховоде во время вдоха, на фиг.3 - верхняя оконечность удлиненной трубки.

Подвесная система (см. фиг.1) содержит плечевые 1 и поясной 2 ремни с карабинами 3 и пряжками 4 подтягивания, наспинную 5 и нагрудную 6 пластины с дужками 7 или петлями для крепления прижимными планками 8 балласта 9, воздушных емкостей - рабочую 10 для определений массы балласта выхода на нулевую плавучесть и для балансировки плавучести снаряжения 11 с клапанами 12 впуска воды в крышках емкостей. Клапан вдоха (см. фиг.2) состоит из отдельного корпуса 13 - полого цилиндра из полимерного материала, один конец которого имеет внешне выступающий бортик 14, по ширине совпадающий с толщиной стенки воздуховода 15, а другой конец круглый или срезан и имеет седло 16, которое выполнено относительно продольной оси воздуховода цилиндра под углом от 30° до 90° (в приведенном чертеже - 90°). Лепестковая круглая или эллиптическая эластичная мембрана 17 выполнена целиком вместе с корпусом или прикреплена омегаобразно в месте наиболее укороченной (или в любом месте неукороченной - при круглом седле) части стенки корпуса со стороны загубника 18 и имеет толщину, уменьшающуюся от места крепления 19 к периферии для усиления плотности прилегания к седлу. Мембрана по кругу или эллипсу на 0,3-0,5 мм меньше внешнего радиуса цилиндра и в обычном состоянии слегка прижата к седлу, состоящему из выступа внутренней стенки корпуса по высоте и ширине в половину толщины его стенки. Корпус клапана вдоха вставлен в патрубок воздуховода рядом с загубником и клапаном выдоха 20 с упомянутым местом крепления мембраны со стороны загубника, что позволяет открываться ей в сторону клапана выдоха со стоком туда случайных капель воды. Удлиненную дыхательную трубку 21 (см. фиг.3) составляют поплавок 22 с его нижним 23 (для предохранения головы и поддержания поплавка на начальном уровне) и верхним 24 (для регулирования глубины погружения пловца) ограничителями. На самом верху дыхательной трубки крепится насадка - колпак 25 в виде удлиненного с полусферическим дном перевернутого стакана. Нижняя стенка колпака 26 - плоская, с отверстиями, по краям которых выполнены выступающие наружу седла 27, которые при погружении под воду (при снятом верхнем ограничителе) перекрываются верхней прорезиненной плоскостью 28 поплавка.

Осуществление определений требует соблюдения ряда условий. Замеры производятся в водной среде с пространством в 10-20 см до поверхности воды над головой пловца, который находится в вертикальном положении с достаточным пространством для сопровождающего, чтобы снимать и надевать свинцовые утяжелители (плашки), например, в 2 кг, предназначаемые для детей, и 5 кг - для подростков и взрослых, доводить до сбалансированной плавучести, производить тут же или при выходе на поверхность водоема считку размера залития водой рабочей воздушной емкости и использованных на спине и добавленной при необходимости на груди массы плашек - при положительной плавучести или без всех утяжелителей (включая противовес - нейтрализатор) с дополнительными или только с базисной рабочей воздушной емкостью - считку объема воздуха, потребовавшегося для балансировки, при отрицательной плавучести. Местом проведения определений может быть пологий спуск под воду водоема (моря, реки, озера, пруда, плавательного бассейна).

Сопровождающие - определяющие индивидуальную массу балласта пловца, а также его плавучесть в снаряжении, ходят с подвесной системой, с грузом для обеспечения отрицательной плавучести, т.к. у них донная работа и они сами выбирают дополнительную массу плашек, в том числе утяжеленной обуви для комфортности работы.

Процесс определения - постепенный. Пловец заходит под воду с плашками, создающими ему отрицательную плавучесть. Обеспечив над головой пловца до поверхности воды примерно 15 см, сопровождающий снимает плашку в 2 или 5 кг и, если улавливает (если не улавливает, то снимает еще одну плашку), что пловца потянуло наверх, начинает нажимать на кнопку впуска воды в большую воздушную емкость для ее залива до тех пор, пока пловец не станет зависать - ни вверх, ни вниз, кнопка отпускается, на спину надевается плашка для выхода из-под воды, и сопровождающий выводит пловца обратно, записывает получившееся взвешивание, без учета нейтрализатора воздушной емкости и последнего утяжелителя, как, например, при дискретном определении на спине было 2 плашки: 2×5 кг = 10 кг и прибавляют показания объема залитой воды по шкале воздушной емкости, например, 2,4 л, т.е. для уточненной балластной компенсации положительной плавучести было налито в емкость 2,4 л воды. Индивидуальная масса балласта нулевой плавучести пловца составила: 10 кг + 2,4 кг = 12,4 кг. Повышение числа плашек, например четыре на спине и две на груди (дискретные уточненные замеры от 25 до 30 кг), используют для определения массы груза, который необходим пловцу, имеющему на себе дополнительное снаряжение с положительной плавучестью: костюмы, оборудование, инвентарь, инструмент.

В случае снятия у пловца балласта плашек (кроме нейтрализатора), а он продолжает стоять, то у пловца отрицательная плавучесть. У него снимают нейтрализатор и создают положительную плавучесть, если недостаточную для начала подъема с рабочей емкостью, то добавляют на поясе или дают в руки дополнительные емкости в 1 л, 2 л и более, затем залив рабочей емкости и определение индивидуальной отрицательной массы балласта пловца, необходимой для выхода на нулевую плавучесть, или вместе со снаряжением, ему необходимым под водой. Например, зависание без снаряжения произошло при заливе рабочей пятилитровой емкости на уровне 1,5 л без использования дополнительных емкостей. 5 л - 1,5 л = 3,5 л, то есть масса балласта нулевой плавучести пловца: минус 3,5 кг, которые обеспечиваются под водой 3,5 л воздушной емкости.

1. Снаряжение для определения индивидуальной массы балласта нулевой плавучести, содержащее балласт в виде свинцовых плашек с прижимными планками, подвесную систему, выполненную с соединенными между собой плечевыми и поясным ремнем наспинной и нагрудной пластинами, маску и дыхательную трубку, имеющую длину 1 м и выполненную с загубником, клапанами вдоха и выдоха, а также с насадкой незаливаемости ее водой, причем обе указанные пластины выполнены из нержавеющей стали, или дюралюминия, или полимерных материалов и имеют дужки или петли для крепления упомянутого балласта посредством прижимных планок, при этом нагрудная пластина выполнена с закрепленными на ней рабочей воздушной емкостью и поперечно расположенной под последней балансировочной емкостью меньшего размера для придания подвесной системе нулевой плавучести, причем обе эти емкости имеют клапаны впуска в них воды, а рабочая емкость выполнена с передней стенкой и градуировкой каждых 0,1 л ее объема.

2. Снаряжение по п.1, отличающаяся тем, что каждая из упомянутых плашек выполнена массой 2 кг, при этом большая рабочая емкость выполнена объемом 2 л, а балансировочная емкость выполнена объемом 1,5 л.

3. Снаряжение по п.1, отличающаяся тем, что каждая из упомянутых плашек выполнена массой 5 кг, при этом большая рабочая емкость выполнена объемом 5 л, а балансировочная емкость выполнена объемом 3 л.