Долговечность, надежность и прочность напорного остекления закладывается на этапе проектирования стеклянного бассейна – при выполнении технических расчетов, разработке конструктива, выборе марки материала акриловой панели. Но грамотно разработанный проект – это только первый шаг. Далее следует производство, монтаж, герметизация, испытание подводных окон. Все эти этапы базируются на требованиях ряда российских и международных стандартов, которые касаются как общего бассейностроения, так и более узких направлений: подводного напорного остекления, производства иллюминаторов, сосудов под давлением, обитаемых подводных аппаратов.
- ГОСТ 58458-2020
«Бассейны для плавания. Общие технические условия». Стандарт устанавливает требования к техническим параметрам и условиям эксплуатации плавательных бассейнов с точки зрения безопасности для человека. - СП 31-113-2004
«Свод правил по проектированию и строительству. Бассейны для плавания». Стандарт устанавливает, какие бывают виды бассейнов для плавания, и охватывает методы проектирования чаш бассейнов различного типа – спортивных, для прыжков в воду, для синхронного плавания и других. - ГОСТ 19261-98
«Иллюминаторы судовые круглые. Технические условия». Стандарт устанавливает технические условия проектирования круглых иллюминаторов на судах.
- ГОСТ 21672-99
«Иллюминаторы судовые прямоугольные. Технические условия». Стандарт устанавливает технические условия проектирования судовых иллюминаторов прямоугольной формы. - ГОСТ 23645-79
«Диафрагмы иллюминаторов летательных аппаратов. Методы расчета геометрических параметров». Стандарт регулирует методику расчета технических параметров иллюминаторов аналитическим и графическим методами. - ASMIE PVHO-1
«Safety Standard for Pressure Vessels for Human Occupancy». Стандарт Американского общества инженеров-механиков устанавливает требования к проектированию, производству, испытаниям сосудов высокого давления, предназначенных для использования человеком. - ASMIE PVHO-2
«Safety Standard for Pressure Vessels for Human Occupancy: In-Service Guidelines». Стандарт Американского общества инженеров механиков содержит рекомендации и технические критерии эксплуатации и обслуживания сосудов высокого давления, которые были спроектированы по вышеописанному ASMIE PVHO-1. Стандарт позволяет определить пригодность акрилового напорного остекления к эксплуатации в определенных условиях, в том числе экстремальных.
Некоторые требования стандартов
Приведем некоторые требования стандартов проектирования акриловых смотровых окон. Свод правил по проектированию и строительству бассейнов для плавания СП 31-113-2004 предлагает рекомендации по остеклению стенок и дна бассейнов – плавательных и для прыжков в воду.
- Рекомендуемая минимальная высота смотровых окон в бассейне 0,4…0,5 м, ширина – 1…2 м.
- Если смотровое окно для наблюдения за прыжками в воду расположено на продольной стенке бассейна, минимальное расстояние от угла до окна – 1…1,5 м. Окно на торцевой стенке со стороны вышек должно располагаться на расстоянии не менее 3…3,5 м от угла.
- Для наилучшего обзора между подводными окнами плавательного бассейна на расстоянии около 4 метров друг от друга располагаются источники освещения. Расстояние от ламп до зеркала воды – 0,65…1 м.
- Ширина проходов для доступа к смотровым окнам – 1,2…1,5 м, высота – от 1,8 м.
Эти нормы позволяют определить, какого размера построить бассейн и какой глубины должен быть бассейн, чтобы была возможность оборудовать его подводными смотровыми окнами. Но следует отметить, что стандарты устанавливают только минимальные рекомендованные величины. Наш опыт и мировая практика показывают, что современные технологии позволяют устанавливать подводные окна гораздо больших габаритов, чем указано в стандарте. Например, если стандартный иллюминатор 500х1000 мм мм подойдет только для одного видеооператора, то подводное смотровое окно 1500х3000 мм позволит разместить целую съемочную группу с многозадачным оборудованием для записи соревнований.
«Handbook of Acrylics for Submersibles, Hyperbaric Chambers, and Aquaria», Jerry D. Stachiw
Важно понимать, что напорное остекление – это эксклюзивное направление, которое непрерывно развивается и базируется не только на действующих стандартах, но и на мировом практическом опыте. С этой точки зрения одним из наиболее ценных источников, на который мы опираемся при проектировании подводных иллюминаторов, является труд автора Jerry D. Stachiw «Handbook of Acrylics for Submersibles, Hyperbaric Chambers, and Aquaria».
Справочник охватывает технические вопросы поведения акрила –как оптического, так и конструктивного материала под нагрузкой в составе изделий из оргстекла: акриловых окон подводных аппаратов, барокамер, аквариумов.
Это уникальное руководство, которое базируется на реальных реализованных проектах, обобщает инженерные знания и многолетний технический опыт по проектированию, изготовлению и эксплуатации акрилового напорного остекления. Рекомендации автора – это готовый инструмент для выполнения расчетов подводных окон на прочность и устойчивость к высокому давлению с учетом факторов безопасности, экономичности и долговечности конструкции.
Также автор книги Jerry D. Stachiw рассматривает вопросы изготовления и склеивания акриловых панелей, тестирования конструкций, ухода за подводными окнами, эксперименты с разрушением, эксперименты воздействия нагрузок и экстремальных сред на оргстекло и поликарбонат.
Стандарты проектирования подводных окон бассейна
Нормы строительства стеклянных бассейнов предъявляют жесткие требования к прочности, надежности, безопасности напорного остекления. Все эти характеристики закладываются на этапе проектирования при расчете толщины акриловой панели. Здесь играет роль марка, способ изготовления материала, условия эксплуатации, а также следующие конструктивные параметры:
- для остекления стенок: длина акриловой панели, расстояние от нижнего края остекления до зеркала воды, наличие перелива, конструктивная схема монтажа – трех- или четырехопорное остекление;
- для остекления дна: габариты иллюминатора, расстояние от дна до зеркала воды.
После предварительного табличного подбора толщины акриловой панели делается уточненный расчет в программах Solidworks или Ansys. Напорное остекление рассчитывается на стойкость к статическим и динамическим нагрузкам, устойчивость к землетрясениям в соответствии с уровнем сейсмической активности региона строительства. Если расчет показывает критические напряжения и деформации панели, толщина материала корректируется. К толщине добавляется коэффициент при строительстве уличных бассейнов в северных регионах при длительном воздействии отрицательных температур.
Стеклянные бассейны Poolglass – стандарты, мировая практика, собственный опыт
Мы имеем огромный практический опыт в сфере производства подводных окон для бассейнов. Работая в формате компании с 2005 года, мы накопили большой объем собственных наработок по всем этапам реализации проекта – проектирования, изготовления, такелажа, установки, герметизации акриловых панелей.
Акрил – это специфический необычный материал, который выполняет не только оптические, но и структурные функции. Его оптические свойства хорошо изучены и широко используются – благодаря своей прозрачности он обладает превосходной эстетикой и не искажает изображение. Но также акрил работает как конструкционный материал, который должен противостоять статическим и динамическим воздействиям. Поэтому при изготовлении подводных окон механические свойства оргстекла приобретают первостепенное значение. При правильном проектировании и изготовлении акриловые конструкции обладают высокой несущей способностью и выдерживают любые расчетные статические и динамические нагрузки.
При проектировании важно обеспечить способность акрилового элемента выдерживать рабочее давление. Для этого рассчитывается максимально допустимый уровень напряжения, при котором конструкция может функционировать без риска разрушения. Реакция акрила на приложенные нагрузки более сложная, чем у металлов. Зависимость нелинейная, кристаллическая решетка реагирует на нагрузку неравномерно в зависимости от длительности приложенной нагрузки и температуры нагрева. Материал обладает вязкоупругостью, поэтому при выборе безопасных рабочих нагрузок инженер учитывает температуру и продолжительность нагрузки, поскольку эти параметры влияют на предел текучести акрила.
На сегодняшний день достаточно хорошо изучено применение акриловых панелей в аквариумах и бассейнах простых геометрических форм. В таких проектах выбор рабочей нагрузки может производиться эмпирически и основываться только на анализе методом конечных элементов. Это очевидно, так как подобных конструкций в мире построено очень много.
Но одной из особенностей акрила является склонность к ухудшению механических свойств под действием рабочей среды – например, солнечного света или органических растворителей. Для предотвращения разрушения акриловых конструкций в процессе эксплуатации необходимо проводить их проверку и диагностику. При рабочей нагрузке, установленной стандартом безопасности ASMIE PVHO-1, расчетный срок службы составляет 10 лет. Но на практике при правильном уходе подводные акриловые окна служат в три раза дольше. Напорное остекление может эксплуатироваться настолько же долго, как и основной конструктив бассейна.