Каверзный вопрос

На экзаменах или зачетах по аварийно-спасательному делу, желая определить, насколько глубоко слушатель разобрался в технологии использования понтонов, часто спрашивают: "Для чего служит в понтоне аппендикс?" Чтобы ответить на этот вопрос, нужно не только хорошо знать устройство понтона, но и понимать физические процессы, происходящие при его всплытии.

Казалось бы, что может быть сложного в такой простой конструкции, как понтон. Ведь это стальная или резиновая пустотелая бочка, которую закрепляют к затонувшему судну, а затем продувают воздухом. Когда силы плавучести понтонов превысят силы тяжести, судно всплывает.

Все это действительно обстоит так, пока судоподъемные работы проводят на малой глубине. Но когда судно затонет на глубине 20 м и более, при его подъеме кроме закона Архимеда приходится учитывать и другие физические законы.

При всплытии понтона с изменением глубины уменьшается гидростатическое давление, действующее на его корпус. Это изменение в соответствии с газовыми законами вызывает расширение внутреннего объема воздуха. Если понтон к моменту всплытия продут полностью, то расширяющийся воздух будет выходить через нижние горловины и, таким образом, равновесие между внутренним и внешним давлением, действующим на оболочку понтона, сохранится. Если же понтон продут частично, то вода, закрывающая горловины, не успевает выйти через них во время всплытия. Давление воздуха в отсеках понтона остается почти таким же, каким оно было на глубине. И тогда из-за разности между внутренним и внешним давлениями обшивка понтона может разорваться.

Чтобы этого не случилось, на некоторых понтонах за рубежом стали устанавливать предохранительные клапаны, стравливающие избыточное давление. Конструкция таких клапанов была очень простой. На поршень клапана давил рычаг с противовесом. Когда перепад давлений превышал установленное значение, поршень поднимался и открывал выпускное отверстие. После снижения давления рычаг с поршнем под действием противовеса опускался.

Необходимость установки предохранительных клапанов подтверждает случай разрыва обшивки 400-тонного понтона при подъеме подводной лодки "АГ-21". Кстати, именно после этих, работ Т. И. Бобрицкий предложил аппендиксы, которые впервые были установлены в 1933 г. на 200-тонных цилиндрических понтонах.

Итак, что же все-таки такое аппендикс? Аппендикс - это открытая с обеих сторон стальная труба диаметром до 300 мм, проходящая вертикально внутри понтона на 2/3 его высоты. Основное ее назначение - выпустить воздух, расширившийся при всплытии понтона на поверхность. Таким образом, аппендикс - это своеобразный предохранительный клапан, не имеющий составных частей и не требующий поэтому никакого технического ухода, за исключением осмотра нижнего отверстия перед затоплением понтона. Сначала аппендиксы устанавливали на 200-тонных понтонах только в крайние отсеки, так как воздух в них подавался в последнюю очередь, и поэтому именно они оставались продутыми неполностью. Но впоследствии аппендиксы начали размещать во всех отсеках. Из-за воздушного ящика аппендиксы среднего отсека имели форму своеобразного крючка.

Всплытие на поверхность 200-тонного понтона

В гл. 2 уже было сказано, что расширение воздуха в отсеках Приводит к увеличению подъемной силы понтонов. Но иногда можно получить и противоположный эффект - уменьшение суммарного значения подъемных усилий. Происходит такое явление в тех случаях, когда понтоны перед всплытием продуты полностью, а отрывное сопротивление мало. Тогда воздух, выходя через аппендиксы и горловины, создает реактивную силу, которая увеличивает скорость всплытия, а следовательно, и кинетическую энергию движущейся системы "судно - понтоны".

Благодаря большой кинетической энергии понтоны выскакивают на поверхность значительно выше расчетного положения, вытравливая при этом часть воздуха из своих отсеков. Затем под действием сил тяжести начинается обратное движение системы, вызывающее сжатие воздуха, оставшегося в понтонах.

Если при этом запас сил плавучести был невелик, то судно может опять лечь на грунт. Уменьшению подъемных усилий способствует так же и то, что выходящий из понтона воздух образует вокруг него на непродолжительный период пенистую массу, плотность которой меньше, чем плотность окружающей воды (аналогичное явление происходит в грунтососах).

Случаи, когда поднятое на понтонах судно из-за недостатка подъемных сил опускается обратно на грунт, не так уже редки.

В 1935 г. во время буксировки в Севастополь подводной лодки "Краб" обнаружили затонувший болгарский пароход "Борис". Он лежал на глубине 48 м, и "Краб" зацепился за конструкции парохода при переводе на вторую ступень. На следующий год решено было поднять пароход. Особенность работ заключалась в том, что судно находилось на плотном песчано-каменистом грунте. Промывка туннелей под его корпусом исключалась. Поэтому впервые в мире на такой глубине применили подводную электросварку. Для закрепления понтонных стропов к корпусу парохода приварили восемь судоподъемных проушин. Подъем провели ступенчатым способом. В качестве основных понтонов использовали четыре 200-тонных понтона, а в качестве отрывных - четыре 80-тонных.

Первые семь (!) попыток подъема закончились неудачно. Поднимаемая оконечность сразу же после всплытия снова ложилась на грунт, потому что не удавалось создать достаточного запаса подъемных усилий, необходимого для удержания понтонов на поверхности.

Поднять судно смогли только после того, как изменили классический порядок подачи воздуха. Сначала полностью продули основные понтоны, а затем стали подавать воздух в верхние понтоны с таким расчетом, чтобы их отсеки осушились в процессе всплытия за счет расширения воздушной подушки.

Как следует из рассмотрения этого примера, продувка понтонов - один из наиболее ответственных этапов работ. Он служит своеобразным ОТК, который выявляет все ошибки инженеров и водолазов. Именно во время этого заключительного этапа можно получить ответы: правильно ли определен подъемный и отрывной вес объекта, надежно ли закреплены к нему стропы и понтоны. Любая неточность в этих вопросах может привести к аварии. Поэтому все плавучие и технические средства, участвующие в подъеме, на период продувки отводят на безопасные расстояния с учетом направления ветра и течения.

Для подачи воздуха используют общую распределительную коробку, к которой с одной стороны подают сжатый воздух от компрессоров или баллонов, а с другой подходит система воздушных шлангов от понтонов. Общая длина шланговых линий составляет несколько километров. Чтобы не запутаться в этом бесконечном лабиринте, на каждом шланге обычно закрепляют деревянную или картонную табличку с указанием длины шланга и к какому отсеку понтона он присоединен.

Первые образцы воздухораспределительных коробок, созданные в 20-е годы, рассчитывались на давление 1,5 МПа (15 кгс/см²) и имели 32 рожка для присоединения шлангов.

Они представляли собой довольно громоздкую и тяжелую конструкцию, поэтому в послевоенный период стали применять коробки на 24 и 12 рожков, но расчетное давление возросло до 5,0 МПа (50 кгс/см²). Соответственно изменилась и конструкция воздушных шлангов, которые стали прочнее и легче.

Продувка может проводиться непрерывно в течение нескольких часов, а иногда и суток. В этот волнующий момент никто не уходит с палубы, все вглядываются в легкие деревянные вешки, закрепленные за оконечности судна или концевые отрывные понтоны. Именно по ним определяют первоначальный момент отрыва поднимаемого судна от грунта. На поверхности воды время от времени появляются большие пузыри воздуха, свидетельствующие о полной продувке того или иного отсека понтона. Через несколько секунд после того как одна из вешек дрогнет, на поверхности кипящей от воздуха воды появляется затонувшее судно. Теперь трудные дни и бессонные ночи спасателей можно считать законченными.