Военное образование в России

Водолазное снаряжение c открытой схемой дыхания (автономное) - Двухступенчатые регуляторы с совмещенными ступенями редуцирования

Двухступенчатые регуляторы с совмещенными ступенями редуцирования

Данный регулятор имеет две ступени редукции, конструктивно размещенные в одном корпусе. Существенным отличием данного типа регулятора от одноступенчатого является наличие дополнительной промежуточной ступени редуцирования воздуха, называемой редуктором (первой ступенью редуцирования). Вторая ступень редуцирования воздуха представляет, по сути, рассмотренный нами выше одноступенчатый регулятор.

Редуктор снижает давление воздуха поступающего из баллонов до значения, превышающего абсолютное давление внешней среды (гидростатическое давление воды плюс атмосферное) на постоянную величину, называемую установочным давлением редуктора.

Вторая ступень редуцирования снижает величину давления редуктора до значения, соответствующего давлению внешней среды.

Таким образом, двухступенчатый регулятор с совмещенными ступенями редуцирования можно представить как редуктор (первая ступень), и собственно дыхательный автомат (вторая ступень), объединенные в одном корпусе.

Корпус регулятора разделен на 3 камеры - водную, воздуха среднего давления (ВСД) и воздуха низкого давления (ВНД). С воздушной камерой низкого давления сообщается шланг вдоха, а с водной камерой - шланг выдоха. Шланги присоединены к мундштучной коробке с загубником. Клапан первой ступени работает в противоточном режиме, что обеспечивает надежное и герметичное закрытие камеры среднего давления. Шток клапана упирается в мембрану первой ступени.

Работа регулятора происходит следующим образом. Если редуктор не подсоединен к вентилю баллона ВВД, то под действием пружины мембрана редуктора выгнута вниз, и клапан находится в отжатом от седла положении (открыт). Жесткостью пружины, расположенной в камере высокого давления редуктора, ввиду ее незначительности по сравнению с жесткостью пружины 2 ступени, можно пренебречь.

Если редуктор подсоединен к баллону ВВД, то при открытии вентиля сжатый воздух через открытый клапан редукции редуктора поступает в камеру среднего давления. Давление в камере возрастает, соответственно возрастает и давление на поверхность мембраны со стороны камеры среднего давления. Снаружи на поверхность мембраны действует давление воздуха камеры низкого давления и сила упругости пружины редуктора, которая пропорциональна жесткости пружины и ее абсолютной деформации. Клапан редуктора находится в закрытом положении при равновесии мембраны.

Работа регулятора. При изменении глубины погружения или во время вдоха управляющая мембрана выгибается и надавливает через толкатель на клапан редукции второй ступени. При открытии клапана второй ступени воздух из камеры среднего давления поступает в камеру низкого давления, а из нее через шланг вдоха - к загубнику. Происходит очередной этап понижения давления воздуха от давления в камере редуктора до давления внешней среды. При этом давление под мембраной первой ступени уменьшается вследствие поступления воздуха в воздушную камеру второй ступени. Это приводит к нарушению равновесия мембраны первой ступени, открытию клапана редукции первой ступени и поступлению ВВД из баллонов в камеру среднего давления. Заметим, что первым открывается клапан второй ступени, а вторым - клапан первой ступени.

После окончания вдоха давление в воздушной камере второй ступени возрастает вследствие перетекания воздуха из редуктора, что приводит к возвращению управляющей мембраны второй ступени в исходное равновесное состояние и закрытию соответствующего клапана редукции. Выдох производится через клапан (клапана) выдоха в водную камеру.

Так как давление воздуха в камере низкого давления при закрытом клапане редукции (равновесное состояние управляющего элемента 2 ступени) всегда равно давлению внешней среды, то давление воздуха в камере среднего давления всегда будет превышать давление внешней среды на величину установочного давления. Другими словами, результирующее давление на клапан редукции второй ступени постоянно в процессе работы регулятора и не зависит от глубины погружения и давления воздуха в баллонах.

Клапан второй ступени редукции может быть выполнен как в поточном, так и в противоточном варианте. Принципиальное отличие клапана поточного типа заключается в том, что в случае возможной негерметичности клапана редукции первой ступени, воздух из камеры высокого давления перетекает в камеру среднего давления и, вызывая быстрое возрастание давления в ней, автоматически открывает клапан второй ступени. Избыток воздуха удаляется через клапан выдоха в окружающую среду. В случае использования клапана второй ступени противоточного типа все происходит наоборот - при повышении давления в камере ВСД клапан второй ступени надежно закрывается и давление быстро выравнивается с давлением воздуха в баллоне. Так как конструкция камеры не рассчитана на столь большую нагрузку, то это может привести к повреждению элементов конструкции или разрушению камеры, а, следовательно, и к выходу регулятора из строя. Чтобы избежать этого, в камере ВСД редуктора предусматривается установка дополнительного предохранительного клапана поточного типа (safety valve). Это позволяет в случае возможного увеличения давления (свыше нормы) сбрасывать его в окружающую среду за счет автоматического открытия предохранительного клапана. Давление, при котором срабатывает предохранительный клапан, должно несколько превышать давление в камере редуктора (обычно на 2-3 кгс/см²), что достигается соответствующей регулировкой пружины клапана.

В отличие от одноступенчатого, двухступенчатый регулятор обеспечивает меньшую зависимость сопротивления дыханию от изменения давления в баллоне, благодаря наличию дополнительной первой ступени редуцирования воздуха, давление в которой постоянно превышает давление во второй ступени на определенную величину (величину установочного давления редуктора). Так как в процессе работы первым открывается клапан второй ступени (сопротивление открытию постоянно), а затем, в соответствии с законами газовой динамики, - клапан первой ступени (сопротивление открытию зависит от давления воздуха в баллонах), то усилие при вдохе, необходимое для открытия клапана второй ступени, не зависит напрямую от сопротивления открытия клапана первой ступени. Но суммарное сопротивление дыханию в целом будет находиться в некоторой функциональной зависимости от давления воздуха в баллонах и глубины погружения.