Военное образование в России

Водолазное снаряжение c открытой схемой дыхания (автономное) - Регуляторы дыхания водолазов

Регуляторы. Классификация. Общие сведения.

Для того, чтобы на глубине аквалангист дышал так же легко, как и на поверхности,  воздух должен подаваться в его легкие в соответствии с ритмом дыхания, в необходимом количестве и под давлением, равным давлению водной среды на данной глубине.. Все эти функции выполняет специально сконструированное устройство, от надежной работы которого напрямую зависит безопасное пребывание под водой.

Регулятор независимо от того, как он устроен, должен отвечать следующим техническим требованиям:

-минимальное механическое сопротивление дыханию пловца,

-независимость механического сопротивления дыханию от глубины погружения, давления воздуха в баллонах и температуры окружающей среды,

-исключение возможности прорыва воздуха высокого давления в полость вдоха,

-простота и надежность монтажа систем высокого и среднего давления.

Наряду с этими требованиями регуляторы должны быть достаточно удобны в использовании, и обладать высокой степенью устойчивости к повреждениям. Современные акваланги отличаются друг от друга прежде всего конструкцией регуляторов, хотя все работают по единому двухступенчатому принципу редуцирования воздуха.

Чтобы хорошо ориентироваться во всем многообразии регуляторов, предлагаемых ведущими мировыми производителями, и выбрать для своих целей действительно то, что ему нужно, необходимо разобраться в таких важных вопросах как устройство и принцип работы регулятора.

Все регуляторы для подводных погружений понижают высокое давление, подающееся из баллонов до давления окружающей среды, и обеспечивают водолазу возможность свободного вдоха и выдоха.

Снижение давления происходит ступенчато. На первом этапе оно снижается до уровня, превышающего давление окружающей среды на 9,2 атм. Это происходит в узле, именуемым редуктором (регулятор 1-й ступени). Далее воздух подаётся в лёгочный автомат (регулятор 2-й ступени), где его давление выравнивается с давлением окружающей среды. Из лёгочного автомата воздух подаётся на вдох, и через него же происходит выдох. Наиболее ответственным узлом в регуляторах является система седло-тарелка клапана.

Принцип работы любого редуктора основывается на разнице площадей седла клапана и управляющего элемента (поршня или мембраны). Редукторы внутри разделены на полости высокого и среднего давления. Воздух из полости высокого давления в первый момент времени начинает поступать в полость среднего давления, где и происходит воздействие на площадь управляющего элемента. Под этим воздействием управляющий элемент приводит в движение толкатель, который перекрывает отверстие, соединяющее две полости. Площадь сечения седла клапана и управляющего элемента рассчитаны таким образом, что наступает равновесие в системе, которое сохраняется до начала расхода воздуха из полости среднего давления, после чего цикл повторяется.
Проще всего начать рассмотрение этого вопроса на примере одноступенчатого регулятора, а затем последовательно перейти к двухступенчатому регулятору с совмещенными и разнесенными ступенями редуцирования. Усвоив принцип работы таких устройств, проще и легче разобраться в сущности и целях конструктивных решений принятых в современных регуляторах различных типов.

Классификация регуляторов. Все регуляторы в зависимости от числа ступеней редукции на пути воздуха от баллонов к легким пловца и типа редуцирующего устройства подразделяются на

-одноступенчатые, в которых давление воздуха из баллонов пони­жается одним редуцирующим устройством непосредственно до давления окружающей среды в один этап

-двухступенчатые,  в которых давление воздуха из баллонов понижается в два этапа. При этом на первом этапе давление воздуха после первой ступени редукции понижается до некоторого значения, превышающего давление окружающей среды на постоянную величину, называемую установочным давлением редуктора (4-12 кгс/см²). На втором этапе установочное давление после второй ступени понижается до давления окружающей среды, т.е. до значения абсолютного давления воды на глубине погружения. Регуляторы, выполненные по двухступенчатой схеме, иногда называют автоматами с редуктором (первая ступень - редуктор, вторая ступень - дыхательный автомат). Если первая и вторая ступень двухступенчатого регулятора конструктивно совмещены в одном корпусе, то такое устройство называется регулятором с совмещенными ступенями редуцирования, если же они разнесены, то это - регулятор с разнесенными ступенями редуцирования.

Тенденции в развитии и совершенствовании регуляторов направлены, прежде всего, на уменьшение в максимально возможной степени механического сопротивления дыханию, повышение надежности, качества и безопасности, а также на расширение возможностей присоединения к регулятору дополнительных приборов и устройств. Вот почему в настоящее время производится значительное количество регуляторов, отличающихся друг от друга теми или иными особенностями конструкции и принятыми техническими решениями.

Подавляющее большинство регуляторов, выпускаемых ведущими производителями водолазного снаряжения, устроены по единому двухступенчатому принципу редуцирования воздуха и имеют разнесенные ступени редуцирования.

Сопротивление дыханию . Сопротивление дыханию является важнейшей характеристикой регулятора и определяется двумя основными величинами: сопротивлением дыханию в атмосфере и сопротивлением дыханию под водой.

Сопротивление дыханию в атмосфере – сопротивление, зависящее от механических причин, вызванных конструкцией деталей и узлов регулятора: от упругости пружин, передаточных плеч рычагов, трения в осевых соединениях.

Сопротивление дыханию под водой – сопротивление, зависящее от давления воздуха в баллонах, глубины погружения, температуры окружающей среды и от расположения регулятора по отношению к условному центру легких пловца.

В современных регуляторах принята схема расположения дыхательного автомата с загубником у рта пловца, а редуктора - непосредственно на выходе запорного вентиля баллона. Такое решение приводит к тому, что подача воздуха под давлением, равным давлению воды на середину грудной клетки, осуществляется только при горизонтальном положении пловца. В этом случае сопротивление дыханию будет незначительным и приближаться к сопротивлению дыханию на воздухе. При наклонных положениях пловца сопротивление дыханию будет меняться в незначительных пределах. Как правило, в технических характеристиках регуляторов приводится суммарная величина сопротивления дыханию отдельно при вдохе (30-50 мм вод. ст.) и выдохе (20-30 мм вод. ст.).

Типы редуцирующих устройств. Основным элементом любого редуцирующего устройства является клапан, регулирующий поступление и расход потока воздуха из одной камеры редуктора в другую через проходное отверстие в канале, соединяющем камеры. Открытие (закрытие) проходного отверстия канала осуществляется за счет перемещения штока и тарелки клапана относительно неподвижного посадочного места в канале, называемого седлом. В соответствии с законами газовой динамики, воздух всегда перетекает из камеры высокого давления в камеру низкого давления.

Перемещение клапана осуществляется при помощи управляющего элемента, воспринимающего изменение давления внешней среды. В качестве управляющего элемента обычно используется мембрана или поршень. Для обеспечения автоматического редуцирования воздуха между камерами высокого и низкого давления должна быть обеспечена конструктивная обратная связь между давлением воздуха в камере низкого давления и управляющим элементом клапана, непосредственно воспринимающим внешнее давление.

Если в редуцирующем устройстве направление открытия клапана совпадает с направлением движения потока среды, то устройство называется поточным (down stream), а если направление открытия клапана противоположно движению потока среды, то устройство называется противоточным (up stream).