Введение
Отсек для перехода между средами с различной атмосферой. Шлюз – это отсек, обеспечивающий проход между средами с различным атмосферным давлением или составом, при этом минимизируя смешивание сред или изменение давления в прилегающих пространствах. Термин "шлюз" иногда пишется слитно ("воздушный замок") или раздельно ("воздушный шлюз"), либо сокращается до просто "шлюз". Шлюз состоит из камеры с двумя герметичными дверями или отверстиями, обычно расположенными последовательно, которые не открываются одновременно. Шлюзы могут быть небольшими механизмами, например, используемыми в процессе ферментации, или более крупными, часто в виде предкамеры. Шлюз также может использоваться под водой для обеспечения перехода между воздушной средой в герметичном сосуде, таком как подводная лодка, и водной средой снаружи. В таких случаях шлюз может содержать воздух или воду. Это называется затопляемым шлюзом или подводным шлюзом, и используется для предотвращения попадания воды в подводное судно или подводную среду обитания.
An airlock is a compartment which permits passage between environments of differing atmospheric pressure or composition while minimizing the mixing of environments or change in pressure in the adjoining spaces. "Airlock" is sometimes written as air lock or air lock, or abbreviated to just lock. An airlock consists of a chamber with two airtight doors or openings, usually arranged in series, which do not open simultaneously. Airlocks can be small scale mechanisms, such as those used in fermenting, or larger mechanisms, which often take the form of an antechamber. An airlock may also be used underwater to allow passage between the air environment in a pressure vessel, such as a submarine, and the water environment outside. In such cases the airlock can contain air or water. This is called a floodable airlock or underwater airlock, and is used to prevent water from entering a submersible vessel or underwater habitat.
Операция
Процедура входа в шлюз из внешней среды или среды с другим давлением, его герметизации, выравнивания давления и прохождения через внутреннюю дверь называется блокировкой (шлюзованием). И наоборот, блокировка наружу включает в себя выравнивание давления, разгерметизацию внешней двери, а затем выход из шлюзовой камеры в окружающую среду. Блокировка включения и выключения относится к переходу под давлением, когда две камеры физически соединяются или разъединяются перед выравниванием давления и блокировкой (шлюзованием). Перед открытием какой-либо двери давление воздуха в камере шлюза выравнивается с давлением среды за следующей дверью. Постепенный переход давления минимизирует колебания температуры воздуха, что помогает уменьшить запотевание и конденсацию, снижает нагрузку на воздушные уплотнения и обеспечивает безопасную проверку работы систем контроля давления и скафандра. Когда человек, не находящийся в скафандре, перемещается между средами с сильно различающимся давлением, шлюз медленно изменяет давление, чтобы помочь в выравнивании давления внутренних полостей тела и предотвратить декомпрессионную болезнь. Это критически важно при подводном плавании, и водолазу или работнику, работающему под давлением, может потребоваться ждать в шлюзе несколько часов в соответствии с графиком декомпрессии. Аналогичная система может использоваться для доступа в герметичные чистые помещения, зараженные помещения или непригодные для дыхания атмосферы, которые не обязательно связаны с разницей давлений; в этих случаях вместо процедур изменения давления используются процедуры дезактивации и продувки.
История
20 октября 1830 года Томасу Кокрейну был выдан первый патент на воздушный шлюз, который он разработал для облегчения строительства подземных туннелей. В 1879 году он был впервые использован при попытке прорыть туннель под рекой Гудзон. На космическом корабле, использованном в миссии «Аполлон-11» в 1969 году, не было специально выделенного помещения для воздушного шлюза; вместо этого в качестве шлюза служила кабина, которую необходимо было эвакуировать и депрессионизировать перед открытием двери, а после закрытия двери – повторно герметизировать, прежде чем кто-либо мог безопасно использовать её без скафандра. Когда в ноябре 2000 года на Международной космической станции (МКС) впервые разместили людей, она не имела воздушного шлюза, и все выходы в открытый космос осуществлялись через шлюз на космическом шаттле до установки модуля совместного шлюза Quest в июле 2001 года. Первым коммерческим космическим шлюзом стал Nanoracks Bishop Airlock, установленный на МКС в декабре 2020 года. Он имеет форму колокола и предназначен для вывода полезных нагрузок из внутреннего объема МКС в открытый космос. По состоянию на июль 2023 года это самый большой шлюз такого типа на станции, способный вмещать полезные грузы размером с холодильник.
Использование на суше
Воздушные шлюзы используются в средах, где присутствует воздух, по различным причинам, большинство из которых связаны либо с предотвращением попадания или выхода из зоны загрязняющих веществ, переносимых по воздуху, либо с поддержанием давления воздуха во внутренней камере. Одно из распространенных применений технологии воздушных шлюзов можно найти в некоторых чистых помещениях, где вредные или нежелательные частицы исключаются путем поддержания в помещении более высокого давления, чем в окружающей среде, в сочетании с другими мерами. В свою очередь, предотвращение выхода частиц из опасных сред, таких как ядерные реакторы и некоторые биохимические лаборатории, достигается поддержанием в помещении более низкого давления, чем в окружающей среде, чтобы воздух (и любые содержащиеся в нем частицы) не могли легко выходить. Менее известное применение воздушных шлюзов – в архитектуре: купольные сооружения под давлением, такие как USF Sun Dome, требуют поддержания внутреннего давления воздуха в определенном диапазоне, чтобы избежать обрушения конструкции. Воздушные шлюзы используются для поддержания внутри электронных микроскопов почти вакуумной среды, чтобы воздух не влиял на траекторию электронов. Ферментационные гидрозатворы, используемые, например, при производстве алкоголя, являются типом воздушного шлюза, который позволяет газам выходить из ферментационного сосуда, предотвращая попадание воздуха внутрь. Парашютные шлюзы необходимы, поскольку потеря давления и, как следствие, обрушение аэродинамического профиля может привести к опасной потере высоты. Начиная с 1980-х годов, технология воздушных шлюзов использовалась для исследования вновь обнаруженных камер в египетских пирамидах, чтобы предотвратить разложение содержимого из-за загрязнения воздуха.
Подземные применения
Гражданско-строительные проекты, в которых для защиты рабочего места от воды и грязи используется давление воздуха, применяют шлюзовую камеру для перемещения персонала, оборудования и материалов между внешней нормабарической средой и рабочей зоной под давлением в кессоне или герметичном туннеле. Шлюзовая камера может быть достаточно большой, чтобы одновременно вместить всю рабочую смену. Процедура герметизации при входе обычно занимает всего несколько минут, в то время как декомпрессия, необходимая при выходе, может длиться несколько часов.
Насыщенное плавание
В насыщенном дайвинге воздушные шлюзы – важнейшие элементы безопасности, служащие герметичными переходами для безопасной пересадки водолазов и вспомогательного персонала между системой насыщения (жилыми отсеками) и дайвинг-колоколом, который доставляет водолазов к месту работы под водой. Воздушные шлюзы в насыщенном дайвинге оснащены средствами безопасности, такими как манометры, ручное управление и блокировочные устройства. Системы насыщения обычно включают несколько типов воздушных шлюзов, в том числе шлюз для снабжения, используемый для передачи материалов, и медицинский шлюз для безопасной транспортировки медикаментов или проведения экстренной эвакуации. Сложные системы с разделением по уровням, где водолазы находятся под разным давлением для работы на разной глубине, могут требовать дополнительных шлюзов. Декомпрессия после погружения – это постепенный процесс, который часто занимает целую неделю. В течение этого времени воздушные шлюзы позволяют водолазам перейти в декомпрессионную камеру, где давление постепенно снижается до атмосферного. В аварийных ситуациях воздушные шлюзы обеспечивают возможность пересадки в гипербарическую спасательную камеру или спасательную капсулу без резких перепадов давления.
Камеры гипербарической обработки
В любой камере гипербарической терапии, способной вместить более одного человека, и в случаях, когда может потребоваться ввод или вывод человека или оборудования из камеры под давлением, используется шлюзовая камера. Обычно у входа в камеру имеется большой шлюз, способный вместить одного или нескольких человек, а также меньший медицинский шлюз для загрузки медикаментов и продуктов питания и выгрузки отходов.