Военное образование в России

Водолазное снаряжение c открытой схемой дыхания (автономное) - Использование эффекта инжектирования воздушного потока

Использование эффекта инжектирования воздушного потока

Суть применения данного способа заключается в использовании в конструкции дыхательного автомата вспомогательного сопла, управля­ющего потоком поступающего в камеру ВНД воздуха. Сопло придает струе воздуха направление и большую скорость, причем на выдохе из сопла скорость воздуха становится наибольшей. В соответствии с урав­нением Бернулли сумма динамической и статической составляющих сум­марного давления воздушного потока при течении в канале есть вели­чина постоянная. Это означает, что при возрастании одной из составля­ющих, другая составляющая должна уменьшиться. При выходе воздуш­ной струи с большой скоростью из сопла, статическое давление возду­ха с этом сечении потока будет наименьшим. Следовательно, давление воздуха в камере ВНД дыхательного автомата будет уменьшаться, что приведет к созданию дополнительного разряжения по отношению к давлению внешней среды над управляющей мемб­раной. В результате мембрана прогнется еще больше, дополнительно приоткроется клапан редукции и приток воздуха в камеру ВНД дыха­тельного автомата увеличится. Увеличившееся поступление воздуха вы­зовет увеличение "эффекта сопла", что в конечном результате приве­дет к максимальному открытию клапана редукции и максимальному при­току воздуха. Еще раз подчеркнем, что это явление возникает только после открытия клапана редукции, который в результате рассмотренного эффекта само­произвольно остается открытым в течение всей фазы вдоха (эффект инжектора). Эффект инжектирования воздуха часто называют эффектом Вентури, а дыхательные автоматы, ис­пользующие данный эффект -автоматами с системой турбопотока или турбоподдержкой (turbo stream system или turbo assist). Таким образом, легкие пловца создают разряжение, необходимое для открытия клапана редукции второй ступени (в течение первой фазы вдоха), а далее поступающий через канал и сопло воздух вызывает снижение статического давления в камере ВНД дыхательного автомата и удержание клапана редукции в открытом положении уже без усилий лег­ких пловца. Более того, воздушная струя как бы "закачивается" в легкие пловца. При этом необходимо, чтобы сопло было направлено в сторону загубника.

Очевидно, что при определенных условиях эффект помощи притоку воздуха может быть таким сильным, что даже после окончания фазы вдоха поток воздуха будет самопроизвольно поступать в камеру ВНД и удаляться через клапана выдоха. С целью исключения этого нежелательного явле­ния, в некоторых автоматах в канале наряду с соплом делают одно или несколько выравнивающих отверстий, которые ослабляют эффект инжектирования за счет забора и направления части потока воздуха в камеру ВНД другим путем. Это приводит к увеличению статического давления в воздушной камере ВНД и снижению скорости потока воздуха на выходе из сопла.

Применение байпасной трубки.  В некоторых моделях дыхатель­ных автоматов используется принцип сокращения пути воздушного по­тока от устройства редукции к загубнику пловца, минуя основной объем воздушной камеры ВНД. Смысл этого заключается в том, чтобы воздух в камере ВНД сам выполнял основную работу по поддержанию клапана редукции в открытом положении в течение второй фазы вдоха, а также снизить механические потери на пути поступления воздушного потока от редуктора к загубнику.

Воздух сразу же после открытия клапана редукции по кратчайшему пути попадает в нижнюю часть камеры ВНД, непосредственно соеди­ненной с загубником, то есть на вдох пловца. Установленная в воздуш­ной камере перегородка-отражатель придает струе воздуха направлен­ность и вихреобразность, что увеличивает скорость воздушного потока. Таким образом, давление в верхней части камеры ВНД (под мембра­ной) начинает падать, что приводит к дальнейшему прогибу мембраны и удержанию клапана редукции в открытом положении. После оконча­ния вдоха давление во всем объеме камеры ВНД быстро выравнивает­ся с давлением внешней среды и мембрана возвращается в равновес­ное положение. Клапан редукции закрывается (данном случае также выполняется закон Бернулли). Рассмотренное конструктивное решение позволяет существенно (более чем в 2 раза) снизить общее сопротив­ление дыханию и сделать его действительно легким и непринужденным. Кроме того, применение подобной конструкции уменьшает вероятность обледенения дыхательного автомата за счет отвода потока воздуха от элементов редуцирующего устройства.

Использование дополнительной газопроницаемой перегород­ки в камере ВНД. Основная идея такой конструкции второй ступени регулятора заключается в формальном делении объема камеры ВНД на две части за счет использования газопроницаемой перегородки, что дает возможность поддержания клапана редукции в открытом положе­нии в течение второй фазы вдоха и приводит к сокращению объема системы "легкие пловца - камера ВНД".

Необходимо отметить, что как в случае использования байпасной трубки, так и в данном случае, сопротивление дыханию во второй фазе остается, но оно значительно уменьшается по сравнению с обычной конструкцией второй ступени.

Возможность внешних регулировок дыхательного автомата. В некоторых дыха­тельных автоматах имеется возможность внешней регулировки величины сопро­тивления дыханию. Как прави­ло, регулирование сводится к изменению силы упругости пружины в сбалансирован­ных конструкциях второй ступе­ни, или к регулированию эф­фекта помощи притоку воздуха в конструкциях второй ступени, использующих систему turbo stream system, принцип работы которой мы рассмотрели ранее. Обычно регулировочный винт на дыхательном автомате располагается напротив шланга, по которому воздух поступает во вторую ступень редукции.

Регулирование сводится к изменению абсолютной деформации пружины за счет вращения регулировочного винта в резьбовой втулке жестко связанной с корпусом дыхательного автомата.

Существуют регулирующие устройства, выполненные в виде пере­ключателей положения и позволяющие решать следующие задачи

1) регулирование общего сопротивления дыханию за счет перепус­ка воздуха по прямому (короткому) пути от устройства редукции к загуб­нику, или наоборот – по обходному (длинному) пути через весь объем камеры ВНД дыхательного автомата;

2) обеспечение исключения утечек воздуха из баллонов через вто­рую ступень при плавании на поверхности (например, с маской и труб­кой), когда под действием небольшого гидростатического и гидродина­мического давлений (волнение, скорость движения) будет происходить постоянное травление воздуха.

Разновидностью рассмотренного выше устройства является дыха­тельный автомат, главный клапан редукции которого выполнен не в виде традиционного тарельчатого клапана, а в виде гибкого эластичного зат­вора. Управляющая камера имеет форму длинной трубки, с одной сто­роны заканчивающейся управляемым ("пилотажным") клапаном откло­няющегося типа, а с другой - калибровочным отверстием и отверстиями основного (главного) притока воздуха из камеры редуктора в камеру ВНД дыхательного автомата Затвор основного притока воздуха выполнен в виде силиконового стакана ('соски"), закрывающего отверстие основно­го притока воздуха.

Принцип работы автомата следующий. При одинаковом давлении воздуха снаружи и изнутри управляющей камеры, отверстия притока воздуха закрыты эластичным затвором. Когда давление в управляющей камере уменьшается, то эластичный затвор отклоняется (всасывается) в сторону отверстий в стенке управляющей камеры, тем самым откры­вая отверстие основного притока воздуха из камеры редуктора в воз­душную камеру ВНД дыхательного автомата.

В некоторых дыхательных автоматах предусматривается ручная регулировка поступления воздуха за счет открытия или закрытия выравнивающего отвер­стия в канале.

В положении "отдых" (символ "–" на корпусе) переключатель своей "ножкой" препятствует прогибу мембраны, а, следовательно, и открытию клапана редукции. В положении "погружение" (символ "+" на корпусе) переключатель не препятствует обычной работе автомата.