Inspiration - первый сертифицированный в странах ЕС дыхательный аппарат замкнутого цикла. Глубина применения - до 50 м (рекомендуемая - до 40 м) с воздухом в качестве разжижающего газа и до 100 м с гелиоксом
Акроним SCUBA расшифровывается как Self-Contained Underwater Breathing Apparatus (автономный подводный дыхательный аппарат ). При пользовании системой с открытым циклом дыхания большую часть вдыхаемого кислорода мы просто выдыхаем в воду.
Слева. Дайвер готовится использовать регенератор при прохождении курса
Try-a-Rebreather в британском клубе BS-AC
В центре. Рекреационным
регенератором Drager Dolphin Rebreather полузамкнутого цикла на найтроксе
пользоваться легче, чем аппаратами замкнутого цикла.
Справа. Вот что скрыто
под футуристическим корпусом регенератора замкнутого цикла Ambient Pressure
(Buddy) Inspiration
Некоторые компании трансформировали регенераторы замкнутого и полузамкнутого цикла дтя нужд рекреационного дайвинга . Выдыхаемый дайвером углекислый газ химическим способом извлекается из выдыхаемого газа в результате пропускания последнею через известково-содовый скруббер с выделением смеси гидроксидов кальция и натрия. В очищенный таким образом газ добавляется некоторое количество кислорода, и получаемая в итоге смесь вновь вдыхается.
 |
Акваланг
открытого дыхательного цикла |
 |
Дыхательный аппарат
полузамкнутого
цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Предохранительный клапан 8. Баллон с дыхательным газом 9. Вентиль баллона 10. Регулятор 11. Байпас подачи дыхательного газа с ручной регулировкой 12. Манометр |
 |
Дыхательный аппарат
замкнутого цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Клапан подачи разжижающего газа 8. Предохранительный клапан 9. Баллон с разжижающим газом 10. Запорный вентиль 11. Регулятор разжижающего газа 12. Байпас подачи разжижающего газа с ручной регулировкой 13. Манометр разжижающего газа 14. Баллон с кислородом 15. Запорный вентиль 16. Кислородный регулятор 17. Байпас подачи кислорода с ручной регулировкой 18. Кислородный манометр 19. Кислородные датчики 20. Кабели кислородных датчиков 21. Электронный блок 22. Кислородный электромагнитный клапан 23. Основной дисплей 24. Вспомогательный дисплей |
Поскольку химическая реакция, в результате которой поглощается двуокись углерода, ваяется экзотермической, идет с выделением тепла и влаги, вдыхаемый газ теплый и влажный. Регенераторы замкнутого цикла не выбрасывают в воду никакого газа. Регенераторы полузамкнутого цикла выбрасывают малую часть выдыхаемого газа при каждом выдохе. В итоге дайверы могут длительное время оставаться под водой, располагая лишь небольшим объемом дыхательной смеси. Регенераторы могут работать на найтроксе, а для более глубоких погружений - на граймиксе или гелиоксе.
Дыхательные аппараты подобною типа требуют тщательной подготовки и проверки работоспособности. Они нуждаются в довольно сложном обслуживании, требуют постоянного контроля за показаниями измерительных приборов.
Преимущества использования регенератора
- Эффективность использования газа, что существенно, когда дело касается дорогих газов, в особенности гелия.
- Лучшая видимость в замкнутом пространстве из-за меньшего количества взвешенных твердых частиц в воде.
- Тихая работа, благодаря чему дайвер может ближе подойти к особенно осторожным морским обитателям.
Недостатки
- Высокая стоимость - регенераторы в целом дороже обычных аквалангов.
- Сложность эксплуатации требует дополнительной подготовки, неукоснительного внимания к деталям, так как аппараты включают большое число компонентов, способных выйти из строя. Теплая и влажная среда внутри шлангов и контр-ланга идеальна для развития бактерий - эти элементы необходимо разбирать и чистить после каждого дня погружений.
- Большинство производителей отказываются продавать регенераторы тем. кто не прошел специального курса подготовки но эксплуатации подобных аппаратов.
Подводный дыхательный аппарат относится к области водолазной техники, а именно к подводным дыхательным аппаратам, и может использоваться при проведении водолазных спусков, подводно-спасательных работ, подводных технических работ. Задачей полезной модели является расширение возможностей использования подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, повышение безопасности водолазных спусков, упрощение переоборудования подводного дыхательного аппарата и, как следствие, его удешевление. Техническим результатом от использования полезной модели является мобильность размещения поглотительного патрона и баллонов в конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла.
Полезная модель относится к области водолазной техники, а именно к подводным дыхательным аппаратам, и может использоваться при проведении водолазных спусков, подводно-спасательных работ, подводных технических работ.
Известен подводный дыхательный аппарат открытого цикла (Памятка подводного пловца. Ресурс «Библиотека Черноморского пловца» http://divinginfo.narod.ru/library/Rukovodstvo_dlia_plovtsov_kmas.doc), включающий в свой состав баллон с запорным устройством, редуктор, понижающий давление газовой смеси в баллоне; основные элементы конструкции данного аппарата имеют модульный характер, как следствие, могут размещаться в различных местоположениях, необходимых для конкретной задачи проведения подводных спусков, а именно могут быть размещены на спине, на боку или на груди водолаза, а также могут быть присоединены к основному дыхательному аппарату в качестве резерва. Данный аппарат принят за наиболее близкий аналог заявляемой полезной модели. Недостатком аппарата является то, что он имеет небольшое время защитного действия, обусловленное открытым циклом дыхания.
Известен подводный дыхательный аппарат замкнутого цикла дыхания APDiving Vision (Inspiration. Closed Circuit Rebreather. User Instruction Manual. http://www.apdiving.com/ , http://www.smrebreathers.ru/rebreathers/review/Inspiration_Evolution.htm), содержащий баллоны с запорными устройствами, редуктор, подвесную систему, поглотительный патрон, корпус, клапанную коробку, дыхательные мешки, емкость компенсации плавучести, запасной легочный автомат, выносной манометр. К преимуществам данного аппарата относятся: высокая физиологичность - водолаз, дыша из данного аппарата влажной, теплой, насыщенной кислородом газовой смесью, значительно меньше устает, мерзнет и обезвоживается, чем водолаз в аналогичных условиях, дышащий из аппарата открытого цикла холодным сухим воздухом; большее время защитного действия при сопоставимых с подводными аппаратами открытого цикла дыхания размерах и массе; снижение затрат на проведение спусков за счет экономии дорогих газовых смесей; увеличение бездекомпрессионного предела; обеспечение возможности проведения глубоководных автономных водолазных спусков; обеспечение высокой скрытности погружения, необходимой для выполнения военных задач.
Недостатком данного аппарата является расположение поглотительного патрона и баллонов путем закрепления в жестком корпусе, задаваемое при изготовлении аппарата. Жесткий корпус делает невозможным применение баллонов, имеющих размеры, большие, чем используемые в стандартной комплектации аппарата. Таким образом, конструкция аппарата не может быть изменена пользователем для обеспечения конкретных условий проведения водолазного спуска.
Анализ известных запатентованных решений выявил стремление разработчика к повышению автономности аппарата (патент на изобретение № SU 1722222 от 23.07.1986 г.), улучшению характеристик регенеративных веществ в водолазном дыхательном аппарате (патент на изобретение № RU 2225322 от 30.08.2001 г.), к повышению безопасности использования аппарата замкнутого цикла за счет количества входящих в его состав регенеративных патронов (патент № на изобретение RU 2302973 от 31.12.2002 г.), к улучшению управления формированием дыхательной смеси, поступающей в аппарат (патент на изобретение № RU 2236983 от 11.04.2002 г.), упрощению процедуры переснаряжения регенеративного продукта (патент на изобретение № RU 2254263 от 07.05.2004 г.).
Задачей полезной модели является расширение возможностей использования подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, повышение безопасности водолазных спусков, упрощение переоборудования подводного дыхательного аппарата и, как следствие, его удешевление.
Техническим результатом от использования полезной модели является мобильность размещения поглотительного патрона и баллонов в конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла.
Также техническим результатом является обеспечение механической и тепловой защиты поглотительного патрона, используемого в конструкции подводного дыхательного аппарата.
Задача решается с помощью конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, содержащего баллон с запорным устройством, редуктор, отличающегося тем, что содержит поглотительный патрон, по меньшей мере один, дыхательный мешок, клапанную коробку, соединительные шланги низкого давления.
Также задача решается тем, что устройство содержит чехол для поглотительного патрона.
Также задача решается с помощью размещения баллона на чехле поглотительного патрона.
Также задача решается тем, что устройство содержит ремни крепления баллонов, стропу, хомуты, притягивающие стропу к корпусу патрона, лямки на дыхательных мешках.
Также задача решается тем, что устройство содержит легочный автомат.
Также задача решается тем, что устройство содержит подвесную систему.
Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на подвесной системе.
Также задача решается тем, что устройство содержит манометр.
Также задача решается тем, что устройство содержит емкость компенсатора плавучести.
Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на месте расположения баллона.
Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на баллоне.
Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона сбоку от баллона.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 Общая схема подводного дыхательного аппарата;
Фиг.2 Подводный дыхательный аппарат с использованием чехла;
Фиг.3 Подводный дыхательный аппарат с использованием стропы и хомутов.
Подводный дыхательный аппарат состоит из следующих узлов и деталей:
Подвесной системы 1, предназначенной для монтажа на ней узлов аппарата и его крепления на теле водолаза;
Клапанной коробки 2 с гофрированными шлангами вдоха и выдоха - обеспечивающей возможность дыхания газовой смесью из аппарата, а также атмосферным воздухом при нахождении на поверхности;
Комплекта дыхательных мешков: вдоха 3 - для снабжения необходимым объемом газовой смеси на вдохе используемой для дыхания водолаза, выдоха 4 - для сбора выдыхаемого воздуха;
Баллона с запорным устройством 5 или двух баллонов с запорными устройствами, предназначенных для содержания запаса газовых смесей;
Редуктора 6 - для понижения давления дыхательной смеси, поступающей из баллона;
Компенсатора плавучести, «крыла» 7, предназначенного для компенсации отрицательной плавучести водолаза, как в момент погружения, так и в момент пребывания на поверхности;
Легочного автомата со шлангом 8 - для дыхания водолаза непосредственно от баллона аппарата в аварийной ситуации;
Выносного манометра 9 - для визуального контроля за давлением газовой смеси в баллоне;
Индикатора кислорода 10 - для визуального контроля парциального давления кислорода;
Поглотительного патрона 11 - для очистки выдыхаемого газа от содержащегося в нем СO2;
Шлангов 12 вдоха и выдоха патрона;
Т-коннекторов 13;
Шланга поддува инфлятора 14;
Шланга поддува мешка вдоха 15;
Шланга поддува мешка выдоха 16;
Шланга подачи газа от редуктора к коллектору 17;
Шланга подачи дыхательной смеси в патрон 18;
Ремней 19;
Чехла 20 (для исполнений с чехлом).
Для расположения поглотительного патрона 11 на спине водолаза его закрепляют на компенсаторе плавучести 7, штатные ремни компенсатора продеваются в петли на боковой поверхности чехла 20 таким образом, чтобы патрон оказался притянутым аналогично баллону аппарата с открытой схемой дыхания. В отличие от последнего, благодаря наличию чехла нет необходимости притягивать патрон с усилием, аналогичным усилию, которое требуется для надежного крепления баллона - благодаря наличию петель поглотительный патрон оказывается надежно закреплен.
Для фиксации баллона малого объема 5 к поглотительному патрону 11, закрепленному на компенсаторе плавучести, в петли чехла поглотительного патрона продеваются ремни для крепления баллонов, которые охватывают баллон малого объема таким образом, чтобы поглотительный патрон оставался снаружи петли ремня.
Для закрепления поглотительного патрона на баллоне с дыхательной смесью, расположенном либо на компенсаторе плавучести на спине водолаза, либо на боковой подвеске, используются ремни того же типа, что и для закрепления баллона на компенсаторе плавучести. Для этого ремни продеваются через петли чехла поглотительного патрона так, что бы они охватывали баллон, к которому будет закреплен патрон, а сам патрон оставался снаружи петли из ремня.
Для непосредственного закрепления поглотительного патрона на боковой подвеске, к петлям чехла при помощи веревок привязываются карабины, которые крепятся к узлам крепления компенсатора плавучести.
Чехол поглотительного патрона состоит из матерчатой сумки, размеры которой точно соответствуют размерам поглотительного патрона и элементов, обеспечивающих его стыковку с другими элементами снаряжения. Горловина сумки, через которую патрон вставляется внутрь, имеет приспособление для стягивания, состоящие из веревки и фиксатора. Для надежной фиксации патрона внутри чехла горловина чехла имеет также стропы с замками.
Для крепления к другим элементам снаряжения чехол поглотительного патрона имеет петли из стропы на боковой и нижней торцевой поверхности (дне «сумки»).
Для перевода аппарата с открытого цикла на замкнутый либо полузамкнутый циклы дыхания, без применения в конструкции аппарата специального чехла, на поглотительном патроне 11 располагаются три стальных хомута, притягивающих стропу к корпусу патрона, таким образом, что бы она образовывала две петли, в которые могут быть продеты ремни крепления баллонов. На чехлах дыхательных мешков 3 имеется несколько пар лямок с креплением для обхвата наплечных лямок подвесной системы аппарата открытого цикла. Стропа с пряжками-фастексами обеспечивает плотную фиксацию дыхательных мешков на теле водолаза.
Поглотительный патрон при этом крепится к аппарату двумя способами:
Установкой патрона сбоку от заспинного баллона. Это обеспечивается путем продевания баллонных ремней подвесной системы в петли на поглотительном патроне;
Установкой патрона на место заспинного баллона. При этом баллонные ремни также продеваются в петли, но при этом ремни охватывают патрон, аналогично тому, как это делается при установке баллона.
Предлагаемое в качестве полезной модели техническое решение, используемое в конструкции подводного дыхательного аппарата, позволяет размещать поглотительный патрон аппарата в различных местах снаряжения, а именно:
На спине водолаза, путем фиксации на компенсаторе плавучести;
На спине водолаза или на боковой подвеске, при фиксации на баллоне с дыхательной смесью;
На боку водолаза, путем крепления непосредственно за крепежные узлы подвесной системы компенсатора плавучести.
Кроме того, при использовании легких тканевых материалов решение позволяет крепить баллоны малого объема непосредственно к чехлу поглотительного патрона, достигается уменьшение размеров и веса соединительного узла аппарата, обеспечивается механическая и тепловая защита поглотительного патрона.
Возможность перевода аппаратов открытого цикла на замкнутый и полузамкнутый цикл увеличивает время защитного действия аппарата, при этом для выполнения простых задач имеется возможность перевести аппарат обратно на работу по открытому циклу, сняв модуль расширения.
Изготовлены и переданы в эксплуатацию дыхательные аппараты производства ОАО «КАМПО», в которых реализуется заявляемое в качестве полезной модели техническое решение. Аппарат может быть изготовлен в условиях серийного машиностроительного производства с использованием оборудования общего применения без дополнительных капитальных вложений.
Формула полезной модели
1. Подводный дыхательный аппарат открытого цикла дыхания, содержащий баллон с запорным устройством, редуктор, отличающийся тем, что содержит поглотительный патрон, по меньшей мере, один дыхательный мешок, клапанную коробку, соединительные шланги низкого давления.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит чехол для поглотительного патрона.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что баллон размещен на чехле поглотительного патрона.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит ремни крепления баллонов, стропу, хомуты, притягивающие стропу к корпусу патрона, лямки на дыхательных мешках.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит емкость компенсатора плавучести.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит легочный автомат.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит подвесную систему.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на подвесной системе.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит манометр.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на баллоне.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на месте расположения баллона.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен сбоку от баллона.
Ребризер - это рециркуляционный дыхательный аппарат, то есть такой аппарат, в котором в отличие от акваланга (SCUBA) при выдохе дыхательная смесь не удаляется в воду совсем или удаляется не полностью. Вместо этого отработанная смесь обрабатывается для возможности повторного дыхания ей (re-breathe - повторный вдох). Для этого нужно удалить из смеси двуокись углерода
(углекислый газ) и добавить в смесь кислород
.
Первая задача решается во всех ребризерах одинаково - в их составе всегда имеется включенная в дыхательный контур емкость (поглотительная канистра), которая заполнена химическим веществом, активно поглощающим углекислый газ.
Вторая задача - добавление в смесь кислорода - решается в различных типах ребризеров по разному. Давайте рассмотрим это поподробнее...
Какие бывают ребризеры?
Все ребризеры по принципу действия можно разделить на две большие группы: полузамкнутые
и полностью замкнутые
.
В замкнутых
ребризерах (CCR - Closed Circuit Rebreathers) выдыхаемая смесь полностью поступает на переработку и после удаления углекислого газа в нее добавляется чистый кислород. Нельзя сказать, что смесь у этих типов ребризеров совсем не вытравливается в воду, скорее она не вытравливается при плавании на постоянной глубине. При всплытии, то есть при уменьшении внешнего давления, дыхательная смесь расширяется и ее излишек удаляется в воду через травящий клапан.
Полузамкнутые
ребризеры (SCR - Semi Closed Rebreathers) отличаются от замкнутых тем, что смесь из дыхательного контура удаляется даже при плавании на постоянной глубине, но количество удаляемой смеси намного меньше, чем у обычного акваланга. Удаление части смеси необходимо потому, что для поддержания необходимого уровня кислорода в дыхательной смеси здесь используется не чистый кислород, а искуственные дыхательные смеси типа Nitrox, Trimix и Heliox. Поэтому необходимо удалять избыток нейтральных газов: азота и гелия.
В свою очередь и замкнутые и полузамкнутые ребризеры могут быть нескольких типов по принципу, которым поддерживается оптимальный состав дыхательной смеси.
Замкнутые:
1) Кислородные ребризеры
(CCOR - Closed Circuit Oxygen Rebreather) работают на чистом кислороде, т.е. дайвер дышит чистым кислородом без примеси любых нейтральных газов. Такой принцип упрощает конструкцию и уменьшает размеры, но и вносит свои ограничения. Мы с Вами знаем, что кислород становиться токсичным при увеличении парциального давления свыше 0.5 бар. При этом токсичность проявляется в двух формах: легочной (исчисляемой в OTU - Oxygen Tolerance Units) и судорожной (исчисляемой по воздействию на центральную нервную систему CNS - Central Nervous System). Максимально безопасным парциальным давлением кислорода для дайверов считается значение 1.6 бара (обычно 1.4 для продолжительных экспозиций) и только в эксренных случаях допускается кратковременное увеличение его до 2.0 бара (3.0 во Французских и Российских ВМФ). С учетом того, что в дыхательном контуре аппарата все равно остается немного нейтрального газа, максимальная глубина погружения в таких аппаратах ограничена 7-ю метрами (10 метров в экстренных случаях).
Другим негативным фактором действия чистого кислорода является то, что он "дает подпитку" любым проявлениям кариеса или других заболеваний ротовой полости. Поэтому при использования таких аппаратов не забывайте регулярно посещать стоматолога (что кстати рекомендуется и всем дайверам) и проблем с зубами у Вас не будет.
Благодаря небольшим размерам, большой автономности и, главное, отсутствию выдыхаемых пузырьков такие аппараты пользуются большой популярностью у военных и подводных биологов.
Наиболее известные представители этого типа: Draeger LAR VI и OMG Castoro C-96.
2) Кислородные ребризеры с химической регенерацией дыхательной смеси
(СССR - Closed Circuit Chemical Rebreather). Схожи по конструкции с ребризерами предыдущего типа, но отличаются принципом возобновления содержания кислорода в смеси. Дело в том, что в отличие от поглотительного вещества, которое просто поглощает углекислый газ, в канистры таких аппаратов заряжается регенерирующее вещество, которое при поглощении 1 литра углекислого газа выделяет примерно 1 литр кислорода.
При малых размерах такие аппараты обладают фантастической автономностью. Например, при использовании типичного представителя этой группы советского аппарата ИДА-71 удавалось плавать под водой в течении 6!!! часов.
К сожалению регенеративное вещество очень капризно в использовании. При попадании воды в поглотительную канистру происходит выделение пенообразной щелочи, получается тот самый "каустический коктейль", которым пугают дайверов, говоря о ребризерах (это один из самых распространенных мифов). Этот "коктейль" может очень сильно повредить ротовую полость, гортань, трахею и даже легкие дайвера. Обычное поглотительное вещество ведет себя гораздо спокойнее. Да, щелочь выделяется при намокании, но без бурной реакции и определить поступление воды можно не попробовав смесь на вкус, а просто по затрудненности дыхания.
Такой тип аппаратов применялся только военными и то только двух стран - СССР и Франции. Сейчас из-за сложности обращения с регенеративными веществами этот тип аппаратов отходит в прошлое.
3) Ребризеры на дыхательных смесях с электронным управлением
(CCMGR - Closed Circuit Mixed Gas Rebreather). Как ясно из названия, этот тип ребризеров имеет электронную систему управления, которая включает в себя датчик парциального давления кислорода, электронную схему, которая анализирует содерхание кислорода в смеси и дает сигнал электрическому клапану добавить чистый кислород в дыхательный контур до оптимального уровня. Преимущества такой схемы ясны: возможность работы с газовыми смесями (а не чистым кислородом) и как следствие погружаться практически на любую глубину, всегда оптимальное парциальное давление кислорода на любой глубине, отсутствие пузырьков при плавании, максимально возможоая экономия дыхательной смеси и большая автономность. С другой стороны это сложная конструкция с возможностью отказа электроники, сложная и дорогостоящая в обслуживании. Датчики работающие на электрохимическом принципе, имеют ограниченный срок использования при высокой цене и требуют замены как правило не реже раза в год.
Наиболее известные представители типа: Buddy Inspiration, CIS Lunar.
4) Ребризеры на дыхательных смесях с полуавтоматическим управлением
(ребризер KISS). Отличаются от предыдущего типа тем, что датчики и электронная схема занимаются только мониторингом парциального давления кислорода, а дайвер сам добавляет кислород в дыхательный контур при необходимости.
Наиболее грамотная схема такого типа аппаратов предусматривает автоматическую постоянную подачу кислорода через дюзу в количествах, меньших чем необходимо дайверу, а дайвер добавляет кислород только для поддержания оптимального уровня парциального давления. В этом случае количество ручных манипуляций с аппаратом сильно сокращается с одной стороны и с другой отсутствует одна из точек отказа - электромагнитный клапан.
Полузамкнутые:
1) С активной подачей дыхательной смеси
(CMF SCR - Constant Mass Flow Semi Closed Rebreathers). В этих аппаратах при открытии вентиля баллона, содержащего дыхательную смесь, она начинает непрерывно подаваться через калиброванную дюзу в дыхательный контур. Парциальное давление кислорода поддерживается за счет удаления точно такого же (!!!) количества отработанной смеси в воду. Скорость подачи свежей смеси (литры в минуту) зависит от пропускной способности дюзы и выбирается в зависимости от глубины погружения и состава дыхательной смеси.
Привлекательными чертами в использовании такого типа ребризеров являются простота конструкции, легкость расчетов, и обслуживания. Длительность погружения (по запасам дыхательной смеси) практически не зависит от глубины, потому, что на всех глубинах потребление смеси из баллона меняется очень незначительно, с другой стороны парциальное давление кислорода в дыхательном контуре очень сильно (даже больше чем у обычного акваланга!!!) зависит от двух факторов: глубины погружения и двигательной активности дайвера (то есть потребления кислорода).
Наиболее известные представители типа: Draeger Dolphin и Ray, OMG Azimuth.
2) С пассивной подачей дыхательной смеси
(PA SCR - Passive Addition Semi Closed Rebreather). В этом типе ребризеров парциальное давление кислорода также поддерживается за счет вытравливания части отработанной смеси в воду, но (!!!) четко установленное конструкцией количество смеси удаляется из дыхательного контура при каждом выдохе (обычно от 8 до 25% объема выдоха). Вместо удаленной из баллона поступает равное количество свежей дыхательной смеси. Известно, что частота дыхания напрямую связана с потреблением кислорода дайвером, поэтому парциальное давление в дыхательном контуре таких аппаратов практически не зависит от потребления кислорода и зависит только от глубины погружения (также, как в обычном акваланге). По простому можно сказать, что плавая с данным типом ребризера, дайвер использует все расчеты связанные с использованием газовых смесей в обычном акваланге, но имеет при себе запас газа в 4-10 раз (в зависимости от коэффициента стравливания) превышающий реальный объем баллона.
Наиболее известные представители типа: Halcyon RB-80, K-2 Advantage, DC-55.
Как устроены ребризеры?
Все ребризеры без исключения устроены более сложно чем акваланги. Это объяснимо, так как и принцип работы у них сложнее. Тем не менее все они имеют сходные конструктивные особенности, которые и делают возможным их работу.
Во первых в отличие от акваланга, где один шланг, идущий от баллона к загубнику, уже давно стал нормой, в ребризере используются два шланга
- один для подачи смеси к загубнику, другой для возврата смеси в дыхательный контур.
Так как дыхательная смесь не выдыхается в воду, а возвращается, то нужна емкость, в которую ее можно вернуть. Кроме того, дыхательная смесь в этой емкости должна иметь такое же давление, как и окружающая вода. Поэтому каждый ребризер имеет один или два дыхательных мешка
(breathing bag) из которых дайвер вдыхает и куда выдыхает газовую смесь под давлением, равным давлению окружающей среды. Мешки могут быть мягкими или полужесткими (на полузамкнутых ребризерах с пассивной подачей).
Для очистки смеси от углекислого газа все ребризеры имеют канистру
, в которую засыпается химический поглотитель
.
Как уже говорилось выше, поглотительное вещество очень не любит, чтобы в канистру попадала вода. Поэтому большинство ребризеров имеют в конструкции ловушки для воды
или гидрофобные мембраны. Цель таких устройств перехватить поступившую через загубник воду и не дать ей попасть в поглотитель. Обычно в качестве ловушек используют второй дыхательный мешок (мешок выдоха), который к тому же позволяет уменьшить сопротивление выдоха ребризера.
Преимущества ребризеров.
Говоря о преимуществах нужно начать с очередного мифа о том, что ребризеры дешевле в использовании чем акваланги, потому, что расходуют меньше дыхательной смеси... Это действительно так, но при условии использования смесей на основе гелия (!!!) который дорог. При использовании относительно дешевого Nitrox экономия на расходе смеси может даже перекрываться расходами на поглотитель. Кроме того для сложных типов ребризеров, таких как замкнутые аппараты с электронным управлением нужно принимать во внимание необходимость замены датчиков, которые также недешевы и обеспечения поверхностной группы поддержки на случай непредвиденных обстоятельств!!!
Другой миф - ребризеры позволяют плавать так долго и так глубоко, что это недостижимо с обычным аквалангом. Это тоже правда, но под это правило подходят не все типы ребризеров, а только ребризеры замкнутого цикла работающие на смесях! Все остальные типы ребризеров не попадают под это определение...
Теперь о реальных преимуществах:
1) Меньшая шумность и меньшее количество пузырей, которые обычно распугивают всю осторожную морскую живность;
2) Практически неизменная плавучесть при цикле вдох-выдох. Так как общий объем дыхательной смеси в системе легкие-ребризер остается почти неизменным, то при вдохе дайвера не тянет вверх, а при выдохе не кладет вниз. Очень ценная особенность для подводных фотографов и видеооператоров, не так ли?;
3) При поглощении углекислого газа выделяется некоторое количество водяного пара и теплоты, поэтому дайвер дышит подогретым и увлажненным воздухом. Это повышает комфорт и уменьшает риск декомпрессионной болезни, особенно при плавании в холодной воде. По этой же причине ребризеры не встают на фри-флоу.
4) При организации серьезных экспедиций, требующих применения газовых смесей приходится доставлять на место погружения значительно меньше баллонов с газами. Хотя, как написано выше, Вы вряд ли выиграете в стоимости, но ребризеры расходуют значительно меньшее количество газовых смесей, чем акваланги, поэтому для экспедиции с ребризерами действительно потребуется потребуется меньше газов.
Недостатки ребризеров.
Опять начнем с мифов. Про каустический коктейль мы уже говорили выше, как и про способы борьбы с этим явлением. Остается только отметить, что в современных ребризерах получить такой коктейль очень трудно, даже если специально пытаться. Даже при выпускании загубника из рта он всплывает вверх благодаря положительной плавучести шлангов и начинает стравливать смесь из мешка вдоха, поэтому количество воды, попавшей в мешок выдоха незначителен.
Сложность обучения. Отчасти верно, по крайней мере относительно замкнутых ребризеров на смесях. Обучение на все остальные типы ребризеров безусловно предполагает базовые знания у студента, но ничуть не сложнее, чем любой из курсов подводного плавания.
Сложность обслуживания. Да, на обслуживание любого ребризера уходит больше сил и времени, чем на акваланг, но процедуры стандартные и не вызывают сложностей. Требуется только привычка, впрочем, как и при обслуживании SCUBA.
Самый главный миф - покупка ребризера обойдется значительно дороже, чем акваланга. Действительно, в основном ребризеры дороже среднего комплекта SCUBA, но некоторые модели, особенно полузамкнутые ребризеры с активной подачей, вполне сопоставимы по цене с хорошим комплектом SCUBA.
Теперь перейдем к реальным недостаткам:
1) Ребризер - аппарат не индивидуалистов, он гораздо более чем акваланг требует тренировок и работы в команде. Хотя стоит ли это считать недостатком?
2) Сложность использования одного аппарата двумя дайверами в экстренной ситуации. Хотя сейчас некоторые дайверы отрабатывают такое упражнение, но в основном используется дыхание аварийного дайвера по открытому циклу из отдельного аварийного баллона или баллона с дыхательной смесью ребризера.
3) Больший вес и габариты самого аппарата (не включая баллоны) - сложность при путешествиях.
4) Необходимость обеспечения расходными материалами (газовые смеси и поглотитель) на месте погружения. Хотя газовые смеси используются в основном стандартные, а поглотитель появится тогда, когда ребризеры станут обычными на наших водоемах.
Подводный дыхательный аппарат содержит рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком. Рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки. Стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом. Индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета. Такое выполнение аппарата обеспечивает снижение его массообъемных характеристик, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикацию отработки продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунки к патенту РФ 2240257
Изобретение относится к подводным дыхательным аппаратам индивидуального типа, использующим химические источники кислорода. Аппарат предназначен для погружения и работы под водой на малых средних глубинах.
В настоящее время широко используется аппарат с баллонами на сжатом воздухе с открытой схемой дыхания (акваланг). Для наполнения баллонов акваланга необходима привязка к воздушным компрессорным установкам. Перевозить заполненные баллоны на большие расстояния независимо от вида транспорта запрещено. Длительное хранение заполненных баллонов затруднительно из-за утечек и небезопасно из-за высокого давления, кроме того, баллоны должны подвергаться периодическому освидетельствованию через каждые 5 лет. Масса и объем акваланга, как правило, велики и неудобны для транспортирования по суше. Акваланг сложен в изготовлении (баллоны, автомат подачи воздуха) и поэтому стоит очень дорого. Все вместе взятое делает его малодоступным для рядового туриста (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 88).
Известны шахтерские респираторы для горноспасателей, которые в принципе могут быть использованы для погружения в воду. В качестве источника кислорода в этом аппарате применяется сжатый кислород, а в качестве поглотителя углекислого газа - химический поглотитель известковый (ХПИ). Массогабаритные характеристики респиратора также велики [Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ. - М.: Недра, 1984, стр. 156].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому аппарату является кислородный изолирующий дыхательный аппарат типа ИДА-64 с замкнутым циклом дыхания (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 71).
Аппарат содержит рабочий блок, состоящий из регенеративных коробок с химическим источником кислорода на основе надперекиси калия и дыхательного мешка, баллон с кислородом, трубки вдоха и выдоха, клапанную коробку и маску.
Включение в аппарат осуществляется после полного удаления из мешка воздуха и заполнения его чистым кислородом из баллона. Включаясь, следует сделать полный выдох в атмосферу, после чего начать дышать в аппарат. Выдыхаемая газовая смесь из клапанной коробки поступает в регенеративные коробки. Проходя через вещество, она очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Очищенная смесь поступает в дыхательный мешок готовой для очередного вдоха. При недостатке газовой смеси в мешке во время погружения и в других случаях она пополняется чистым кислородом из баллона дыхательным автоматом. Давление в кислородном баллоне контролируется по выносному манометру. Избыток газовой смеси при уменьшении глубины вытравливается из мешка травяще-предохранительным клапаном. В качестве химических продуктов используются хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения и поглотителя углекислого газа ХПИ.
Недостатками этого аппарата являются относительно высокие массо-объемные характеристики, затрудняющие транспортабельность аппарата с запасом химических продуктов (запасом кислорода) по суше. Кроме того, использование целого набора дефицитных переснаряжаемых компонентов фактически исключает возможность переснаряжения аппарата в полевых условиях. Существенным недостатком ИДА является также принципиальная невозможность контроля отработки продукта, т.е. времени защитного действия аппарата. Все это делает недоступным использование этого аппарата в массовом масштабе.
Указанные недостатки аппарата ИДА обусловлены тем, что хемосорбционная схема работы химических продуктов предъявляет особые требования к их составу и структуре. В результате резко снижается количество выделяемого кислорода от теоретического, степень уплотнения продуктов, и фактически невозможен контроль отработки (время защитного действия аппарата). Технология изготовления химических продуктов усложнена, что приводит к их удорожанию.
Задачей изобретения является снижение массообъемных характеристик аппарата, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикация отработки продукта.
Задача решается предлагаемым изобретением, согласно которому в аппарате, включающем рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, рабочий блок выполнен в форме открытой снизу емкости, снабженной газовым отводом для дыхательной трубки, стабилизатором вертикального положения и индикатором отработки источника кислорода.
В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочно-земельных металлов или продукты на их основе.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен общий вид аппарата в разрезе. Аппарат содержит маску 1, фильтр 2, дыхательную трубку 3, выполненную в теплоизоляционном исполнении, и рабочий блок 4 с брикетом химического источника кислорода 5. Теплоизоляция дыхательной трубки 3 необходима для подогрева вдыхаемого воздуха. В верхней части рабочего блока 4 имеется стабилизатор 6 вертикального положения рабочего блока 4. Стабилизатор 6 представляет собой трубку 7, на верхнем конце которой имеется газовая емкость 8. Элементы стабилизатора 7 выполнены из материала с плотностью меньше единицы (полипропилен, полиэтилен). Нижний конец трубки 7 сделан прозрачным с целью фиксации положения индикатора отработки 9, прижатого пружиной к верхнему торцу брикета. Брикет 5 расположен на решетке в верхней части емкости рабочего блока 4. Нижняя часть рабочего блока 4 выполнена из материала с плотностью больше единицы (сталь) и открыта для сообщения с водной средой. Верхняя часть рабочего блока 4 всегда имеет положительную плавучесть (всплывает), нижняя часть блока имеет отрицательную плавучесть (тонет).
Масса рабочего блока 4 сбалансирована таким образом, чтобы средняя результирующая плавучесть его при дыхании была немного положительной. При этом центр результирующей подъемной силы, расположенной по вертикали рабочего блока 4, всегда выше центра тяжести. Благодаря такой конструкции рабочий блок 4 всегда занимает в воде устойчивое вертикальное положение и при случайных колебаниях или наклонах автоматически быстро возвращается в исходное вертикальное положение по принципу "Ваньки-встаньки".
Рабочий блок 4 соединен с маской 1 гибкой дыхательной трубкой 3 с краном 10 и крепится к поясу или спине тросиком 11 (~0,6 м). Такое крепление рабочего блока обеспечивает пловцу достаточную свободу для кантования при сохранении блока 4 в вертикальном положении. Вертикальное положение блока 4 дает также надежную ориентацию пловца в пространстве.
Роль дыхательного мешка выполняет частично гибкая газовая емкость 8 стабилизатора 6 и частично колебание жидкости в нижней части рабочего блока 4.
Аппарат имеет также сборник осадка соды 12. Дыхательная смесь из аппарата не выбрасывается.
Аппарат работает следующим образом. Для дыхания используется кислород, выделяемый брикетом 5 при его контакте с водой. В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов, или перекиси щелочно-земельных металлов, или продукты на их основе. Поглощение углекислого газа осуществляется водным раствором продуктов гидролиза. Аппарат при дыхании работает в автоматическом маятниковом режиме.
Снаряжение аппарата брикетом 6 производится непосредственно перед спуском. Для захода в воду достаточно открыть кран 10 и одеть маску 1 с фильтром 2.
При вдохе вода через открытое снизу пространство входит внутрь рабочего блока 4 и реагирует с брикетом источника 5 с получением кислорода. При избытке кислорода вода вытесняется газом от брикета 5 вниз, и реакция прекращается.
При выдохе газ через дыхательную трубку 3 поступает в рабочий блок 4, жидкость отступает вниз и обеспечивает поглощение углекислого газа с образованием соды. Часть соды растворяется в водной среде, а часть оседает в сборнике 12. Концентрация соды в сбрасываемом растворе много ниже предельно допустимой и таким образом совершенно безопасна для человека.
Контроль степени отработки брикета производится по изменяющейся высоте брикета 5 с помощью индикатора 9.
Для примера брикет 6 из надперекиси натрия массой 250-260 г и объемом 140-150 см 3 обеспечивает работу аппарата под водой в течение одного часа. Масса осадка при растворении такого брикета составляет примерно 160 г.
Стабилизатор 6 всегда автоматически устойчиво обеспечивает вертикальное положение всего рабочего блока.
Газовая емкость 8 стабилизатора 6 может быть гибкой и частично выполнять роль дыхательного мешка.
Для исключения непосредственного контакта надперекисного продукта с руками и окружающими предметами при снаряжении брикет 6 герметично покрыт тонким слоем (0,5-2 мм) специального вещества, не влияющего на работоспособность брикета 5 в аппарате. До снаряжения брикеты герметично хранятся в легкой полиэтиленовой таре.
После всплытия перекрывается кран 10 и маска 1 снимается. Процедура переснаряжения аппарата предельно упрощена и сокращена до 1-2 мин.
Длина тросика 11 и место его крепления на теле пловца выбираются из целей удобства.
Указанный принцип действия аппарата проверен экспериментально на макетном образце.
Такое техническое решение дает возможность
1. Использовать надперекись натрия как наиболее эффективный кислородоноситель фактически в чистом виде;
2. Использовать кислородоноситель в предельно компактной (уплотненной) форме;
3. Использовать окружающую водную среду для поглощения углекислого газа и растворения отходов.
4. Использовать выделяемое реакцией тепло для подогрева дыхательной смеси, поступающей на вдох.
В результате существенно снижается масса и объем химического источника кислорода на единицу объема получаемого кислорода. Упрощается конструкция аппарата. По расчетным данным (см. табл.) масса аппарата снижается в 4,7 раза, а объем аппарата - в 2,8 раза. Расходуемая масса продукта, приходящаяся на 1 м 3 кислорода, меньше чем для аппарата ИДА в 2,8 раза, а объем - в 4,3 раза. Если бы пришлось перевозить аппараты с запасом продукта (кислорода) на 6 часов работы под водой (запас кислорода 400-411 л), то для предлагаемого аппарата по сравнению с аппаратом ИДА транспортируемая масса необходима в 4 раза меньше, а объем - почти в 2,5 раза меньше.
Вместо трех дефицитных, относительно дорогих расходуемых компонентов (хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения, поглотителя ХПИ и сжатого кислорода в баллоне) можно пользоваться одним брикетом из чистой надперекиси натрия или калия. Процедура переснаряжения аппарата упрощается и сокращается (в течение 1-2 мин).
Сравнительная простота конструкции предлагаемого аппарата и отсутствие баллонов делает их изготовление недорогим. По расчетам в 10-30 раз дешевле акваланга и 3-5 раз дешевле аппарата ИДА. Стоимость 1 м 3 кислорода, получаемого из брикета надперекиси натрия, становится в 5-8 раз дешевле стоимости кислорода, получаемого в аппарате ИДА.
В результате все перечисленные преимущества предлагаемого аппарата делают его доступным для массового использования.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Подводный дыхательный аппарат, содержащий рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком, отличающийся тем, что рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки, при этом стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом, а индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета.
2. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочноземельных металлов или продукты на их основе.
3. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что дыхательная трубка выполнена в теплоизоляционном исполнении.
Кислородный ребризер замкнутого типа
Это родоначальник ребризеров вообще. Первый такой аппарат был создан и применен британским изобретателем Генри Флюссом в середине XIX века при работе в затопленной шахте. Кислородный ребризер замкнутого цикла имеет все основные детали, характерные для ребризера любого типа: дыхательный мешок, канистра с химпоглотителем, дыхательные шланги с клапанной коробкой, байпасный клапан (ручной или автоматический), травящий клапан и баллон с редуктором высокого давления. Принцип работы следующий: кислород из дыхательного мешка поступает через невозвратный клапан в легкие водолаза, оттуда, через другой невозвратный клапан кислород и образовавшийся при дыхании углекислый газ попадает в канистру химпоглотителя, где углекислый газ связывается каустической содой , а оставшийся кислород возвращается в дыхательный мешок. Кислород, потребленный водолазом, подается в дыхательный мешок через калиброванную дюзу со скоростью примерно 1 - 1,5 литра в минуту или же добавляется водолазом с помощью ручного клапана. При погружении обжим дыхательного мешка компенсируется либо за счет срабатывания автоматического байпасного клапана, либо с помощью ручного клапана, управляемого самим водолазом. Надо заметить, что, несмотря на название «замкнутый», любой ребризер замкнутого цикла выпускает через травящий клапан пузырьки дыхательного газа во время всплытия. Чтобы избавиться от пузырей, на травящие клапаны устанавливают колпачки из мелкой сетки или поролона. Это простое устройство весьма эффективно и снижает диаметр пузырьков до 0,5 мм. Такие пузырьки полностью растворяются в воде уже через полметра и не демаскируют водолаза на поверхности.
Ограничения, присущие кислородным ребризерам замкнутого цикла, обусловлены в первую очередь тем, что в данных аппаратах применяется чистый кислород, парциальное давление которого и является ограничивающим фактором по глубине погружения. Так в спортивных (рекреационных и технических) системах обучения этот предел составляет 1,6 ата, что ограничивает глубину погружения 6-ю метрами в теплой воде при минимальной физической нагрузке. В военно-морском флоте ФРГ такой предел составляет 8 метров, а в ВМФ СССР - 22 метра.
Химический ребризер замкнутого цикла с предварительно приготовленной смесью
Такая модель в мире только одна и называется она ИДА-71 (Russian IDA71 military and naval rebreather , его дальнейшее развитие называется ИДА-85, но про этот ребризер мало чего известно). Сделано в СССР . Детали этого аппарата такие же, как и у кислородного ребризера замкнутого цикла, но с двумя отличиями. Во-первых есть автомат промывки. Это механическое устройство, которое при достижении глубины 18-20 метров (точнее его отрегулировать нельзя) прекращает подачу чистого кислорода в дыхательный мешок и начинает подачу смеси, состоящей из 40 % кислорода и 60 % азота (то есть Нитрокс). Вторая (и главная) особенность состоит в наличии у ИДА-71 двух канистр химпоглотителя. В первую заряжается обычный химпоглотитель на основе каустической соды, а во вторую - вещество О3 (о-три), созданное на основе пероксида натрия . Вещество О3 способно не только поглощать углекислый газ, но и выделять кислород. Принцип работы ИДА-71 состоит в том, что потребление кислорода водолазом компенсируется не только за счет подачи свежей дыхательной смеси, но и за счет выделения кислорода веществом О3. Таким образом, не возникает (по крайней мере теоретически) избытка дыхательной смеси и аппарат не выпускает пузырьков газа, получая право называться «замкнутым».
Поскольку скорость выделения кислорода веществом О3 непостоянна и зависит от множества неподдающихся учету факторов, таких, как, например, температура воды, то невозможно точно определить содержание кислорода в дыхательном мешке ребризера, но эта задача и не ставится. Просто водолаз должен скрытно выполнить боевое задание. Ограничения для данного аппарата заложены в самой его конструкции и кроме непредсказуемости содержания кислорода в дыхательном газе обусловлены еще и применением крайне опасного вещества О3. Если на вещество попадет вода - начинается бурная реакция с выделением кислорода, что, при протечке аппарата означет смерть от кислородного отравления на глубине. Ни одна из стран не запустила в серию подобный аппарат и не экспериментировала с ним в силу его крайней непредсказуемости и опасности.
Для планирования погружений используются декомпрессионные таблицы, рассчитанные под данный аппарат из предположения, что парциальное давление кислорода 3,2 ата вполне безопасно.
Ребризер замкнутого цикла с ручной подачей кислорода
Эта система называется ещё K.I.S.S. (Keep It Simple Stupid) и изобретена канадцем Гордоном Смитом. Это ребризер замкнутого цикла с приготовлением смеси «на лету» (selfmixer), но в максимально простом исполнении. Принцип работы аппарата состоит в том, что используются 2 газа. Первый, называемый дилюэнтом, подается в дыхательный мешок аппарата через автоматический байпасный клапан для компенсации обжима дыхательного мешка при погружении. Второй газ (кислород) подается в дыхательный мешок через калиброванную дюзу с постоянной скоростью, меньшей, однако, чем темп потребления кислорода водолазом (примерно 0,8-1,0 литров в минуту). При погружении водолаз обязан сам контролировать парциальное давление кислорода в дыхательном мешке по показаниям электролитических датчиков парциального давления кислорода и добавлять недостающий кислород с помощью ручного клапана. На практике это выглядит так: перед погружением водолаз добавляет в дыхательный мешок какое-то количество кислорода, устанавливая по датчикам требуемое парциальное давление кислорода (в пределах 0,4-0,7 ата). В процессе погружения для компенсации по глубине в дыхательный мешок автоматически добавляется газ-дилюэнт, снижая концентрацию кислорода в мешке, но парциальное давление кислорода остается относительно стабильным из-за роста давления водяного столба. Достигнув запланированной глубины, водолаз с помощью ручного клапана устанавливает какое-либо парциальное давление кислорода (обычно 1,3) работает на грунте, раз в 10-15 минут контролируя показания датчиков парциального давления кислорода и добавляя при необходимости кислород для поддержания необходимого парциального давления. Обычно за 10-15 минут парциальное давление кислорода снижается на 0,2-0,5 ата в зависимости от физической нагрузки.
Теоретически в качестве газа-дилюэнта может использоваться не только воздух, но и trimix, что позволяет погружаться с таким аппаратом на весьма приличные глубины, однако относительное непостоянство парциального давления кислорода в дыхательном контуре затрудняет точный расчет декомпрессии. Обычно с такими аппаратами погружаются не глубже 40 метров, хотя известны случаи успешного использования в качестве газа-дилюэнта trimix и погружений на глубины 50-70 метров. Самым глубоким погружением с аппаратом подобного типа можно считать выходку Матиаса Пфайзера, нырнувшего в Хургаде на 160 (сто шестьдесят) метров. Кроме датчиков парциального давления кислорода Матиас использовал еще и компьютер VR-3 с кислородным датчиком, который отслеживал парциальное давление кислорода в смеси и рассчитывал декомпрессию с учетом всех изменений дыхательного газа. В общем, все было достаточно безопасно, но повторять этот подвиг Матиас никому не рекомендовал. И правильно сделал.
Существует великое множество переделок коммерческих, военных и спортивных ребризеров под систему K.I.S.S., но всё это, разумеется неофициально и под личную ответственность переделавшего и использующего их водолаза.
Ребризер замкнутого цикла с электронным управлением
Inspiration - ребризер с электронным управлением
Собственно настоящий ребризер замкнутого цикла (electronicaly controled selfmixer). Первый в истории такой аппарат был изобретен Вальтером Старком и назывался Electrolung. Принцип функционирования состоит в том, что газ-дилюэнт (воздух или Trimix или HeliOx) подается ручным или автоматическим байпасным клапаном для компенсации обжима дыхательного мешка при погружении, а кислород подается с помощью электромагнитного клапана, управляемого микропроцессором. Микропроцессор опрашивает 3 кислородных датчика, сравнивает их показания и усредняя два ближайших, выдает сигнал на соленоидный клапан. Показания третьего датчика, отличающиеся от двух других сильнее всего - игнорируются. Обычно соленоидный клапан срабатывает раз в 3-6 секунд в зависимости от потребления водолазом кислорода.
Погружение выглядит примерно так: водолаз вводит в микропроцессор два значения парциального давления кислорода, которые электроника будет поддерживать на разных этапах погружения. Обычно это 0,7 ата для выхода с поверхности на рабочую глубину и 1,3 ата для нахождения на глубине, прохождения декомпрессии и всплытия до 3 метров. Переключение осуществляется тумблером на консоли ребризера. В процессе погружения водолаз обязан контролировать работу микропроцессора для выявления возможных проблем с электроникой и датчиками.
Конструктивно ребризеры замкнутого цикла с электронным управлением практически не имеют ограничений по глубине и реальная глубина, на которой возможно их использование, обусловлена в основном погрешностью кислородных датчиков и прочностью корпуса микропроцессора. Обычно предельная глубина составляет 150-200 метров. Других ограничений электронные ребризеры замкнутого цикла не имеют. Основным недостатком этих ребризеров, существенно ограничивающим их распространение является высокая цена самого аппарата и расходных материалов. Важно помнить, что обычные компьютеры и декомпрессионные таблицы не подходят для погружений с электронными ребризерами, поскольку парциальное давление кислорода остается неизменным на протяжении практически всего погружения. С ребризерами такого типа должны использоваться либо специальные компьютеры (VR-3, HS Explorer) или же погружение должно рассчитываться предварительно с помощью таких программ, как Z-Plan или V-Planer. Обе программы бесплатные и рекомендованы для применения производителями и создателями всех электронных ребризеров.
Ребризеры полузамкнутого цикла
Ребризер полузамкнутого цикла с активной подачей
Упрощённая схема ребризера полузамкнутого цикла
Это наиболее распространенный в спортивном дайвинге тип ребризера. Принцип его действия в том, что в дыхательный мешок с постоянной скоростью подается через калиброванную дюзу дыхательная смесь EANx Nitrox . Скорость подачи зависит только от концентрации кислорода в смеси, но не зависит от глубины погружения и физической нагрузки. Таким образом, концентрация кислорода в дыхательном контуре остается постоянной при постоянной физической нагрузке. Очевидно, что при таком способе подачи дыхательного газа возникают его излишки, которые удаляются в воду через травящий клапан. Вследствие этого ребризер полузамкнутого цикла выпускает несколько пузырьков дыхательной смеси не только при всплытии, но и при каждом выдохе водолаза. Стравливается примерно 1/5 часть выдыхаемого газа. Для повышения скрытности на травящие клапаны могут устанавливаться колпачки-дефлекторы, аналогичные применяемым в кислородных ребризерах замкнутого цикла.
В зависимости от концентрации кислорода в дыхательной смеси EANx (Nitrox) может варьироваться в пределах от 7 до 17 литров в минуту, таким образом, время нахождения на глубине при использовании ребризера полузамкнутого цикла зависит от объема баллона с дыхательным газом. Глубина погружения ограничивается парциальным давлением кислорода в дыхательном мешке (не должно превышать 1,6 ата) и установочным давлением редуктора. Дело в том, что истечение газа через калиброванную дюзу имеет сверхзвуковую скорость, что позволяет сохранять подачу неизменной до тех пор, пока установочное давление редуктора превышает давление окружающей среды в два или более раз.
Ребризер полузамкнутого цикла с пассивной подачей
Весьма малораспространенный тип ребризера, представленный в настоящее время только аппаратом Halcyon RB-80, который имеет сертификат безопасности для США и Европы . Принцип работы аппарата состоит в том, что от 1/7 до 1/5 выдыхаемого газа принудительно стравливается в воду, а объем дыхательного мешка заведомо меньше объема легких водолаза. За счет этого на каждый вдох в дыхательный контур подается свежая порция дыхательного газа. Такой принцип позволяет использовать в качестве дыхательной смеси любые газы, кроме воздуха и весьма точно поддерживать концентрацию кислорода в дыхательном контуре вне зависимости от физической нагрузки и глубины. Поскольку подача дыхательного газа осуществляется только на вдох, а не постоянно, как в случае с ребризерами с активной подачей, то ребризер полузамкнутого цикла с активной подачей ограничен по глубине только парциальным давлением кислорода в дыхательном контуре. Существенным отрицательным моментом в конструкции ребризеров полузамкнутого цикла с пассивной подачей является то, что автоматика приводится в действие за счет дыхательных движений водолаза. Из аппаратов, использующих подобный принцип известны французский ребризер Interspiro и немецкий СoRa. Первый не выпускается с середины 60-х годов прошлого века, а второй существует в единичных экземплярах, хотя и является относительно недавней разработкой.
Механический селфмиксер
Весьма редкая конструкция ребризера полузамкнутого цикла. Первый такой аппарат был создан и испытан Draeger в 1914 году. Принцип работы следующий: имеются 2 газа (кислород и дилюэнт), которые подаются через калиброванные дюзы в дыхательный мешок, как в ребризере полузамкнутого цикла с активной подачей. Причем, подача кислорода осуществляется с постоянной объемной скоростью, как в замкнутом ребризере с ручной подачей, а дилюэнт поступает через дюзу с дозвуковой скоростью истечения, причем количество подаваемого дилюэнта увеличивается с увеличением глубины. Компенсация обжима дыхательного мешка осуществляется подачей дилюэнта через автоматический байпасный клапан, а избытки дыхательной смеси стравливаются в воду так же, как в случае с ребризером полузамкнутого цикла с активной подачей. Таким образом, только за счет изменения давления воды в процессе погружения происходит изменение параметров дыхательной смеси, причем в сторону уменьшения концентрации кислорода при увеличении глубины. Механическим селфмиксерам свойственно изменение концентрации кислорода в дыхательном мешке при изменении физической нагрузки, и это прямое следствие того, что их принцип действия очень схож с принципом, по которому построены полузамкнутые ребризеры с активной подачей.
Ограничения по глубине для механического селфмиксера такие же, как для ребризера полузамкнутого цикла с активной подачей с тем исключением, что только установочное давление кислородного редуктора должно превышать давление окружающей среды в 2 и более раз. По времени же селфмиксер в основном ограничен объемом газа-дилюэнта, скорость подачи которого увеличивается с глубиной. В качестве газа-дилюэнта могут использоваться воздух, Trimix и HeliOx .
Литература
- Андрей Яшин. Обзор ребризеров. (Проверено 7 октября 2007) . Разрешение об использовании статьи находится на странице обсуждения.
