Физика и физиология 4
|
|
Скачать 3.41 Mb.
|
|
Глава 2.4. Регулятор В применении к аквалангу термин "регулятор" появился в лексике отечественных подводников совсем недавно. До того в русском языке не существовало единого общепринятого термина для редуктора, легочного автомата и соединяющего их шланга. Это было достаточно неудобно, что и вызвало быстрое заполнение пустого места в языке, как только широкому кругу пользователей в России стало доступно иностранное снаряжение и соответствующая литература. Английское "regulator" легко русифицировалось и прижилось как в устной речи, так и в литературе. Основная задача регулятора — понизить высокое давление подающегося из баллонов воздуха до давления окружающей среды и обеспечить подводнику возможность свободного вдоха и выдоха. Допустимо техническое решение, при котором это будет происходить в одном узле и в один этап. Однако наиболее удобным оказалось двухступенчатое уменьшение давления. На первом этапе оно снижается до уровня, превышающего давление окружающей среды на 5— 10 атм. Это происходит в узле, именуемом редуктором (first stage). Далее воздух подается в легочный автомат (second stage), где его давление выравнивается с давлением окружающей среды. Из легочного автомата воздух подается на вдох, и через него же происходит выдох. Первые акваланги имели так называемые совмещенные регуляторы: редуктор и легочник располагались в едином корпусе непосредственно на выходе из вентильного механизма аппарата. С одной стороны ко рту шел гофрированный шланг вдоха, входящий в мундштучную коробку с загубником, с другой — из мундштучной коробки выходил шланг выдоха, следующий за спину подводника в легочный автомат, где заканчивался клапаном выдоха. Так устроен первый отечественный серийный акваланг — АВМ— 1М. При горизонтальном положении такого аппарата легочный автомат располагается выше легких пловца. Давление воздуха, выходящего из легочника, равно давлению окружающей среды, а, значит, немного меньше давления действующего на легкие. Результат — затрудненный вдох при плавании. Если в таком аппарате перевернуться на спину — воздух все время будет подаваться на вдох. Гораздо удобнее оказалось использовать разнесенные системы, в которых редуктор крепится на вентильный механизм акваланга, а легочный автомат находится непосредственно около рта подводника. Редуктор и легочник в этом случае соединены гибким шлангом промежуточного давления. Сегодня именно так устроены все регуляторы, выпускаемые промышленностью для широкого применения. Они называются "двухступенчатые регуляторы с разнесенными ступенями редуцирования", и именно с их устройством и разнообразием мы знакомим Вас в настоящей книге. ^ В течение нескольких десятилетий вся мировая промышленность выпускала регуляторы "под правую руку": шланг низкого давления обходит тело подводника и входит в легочник с правой стороны, что делает удобным выполнение всех манипуляций с легочником именно правой рукой. С изобретением компенсатора плавучести (глава 2.8) в левую руку подводника был вложен инфлятор — деталь компенсатора, на которой расположены кнопки регулировки плавучести. Современная промышленность, ориентированная на максимальное удобство для пользователей, выпускает инвертируемые легочники и компенсаторы, которые могут собираться, как в обычном варианте, так и в зеркальном: шланг к легочнику — слева, инфлятор компенсатора — справа. Вопрос в том, насколько это нужно. Когда Вы овладеваете техникой плавания с аквалангом, ваши руки привыкают к выполнению некоторых стандартных действий с легочником и инфлятором компенсатора. Трудно сказать, на какую руку ложится более сложная, требующая лучшей координации нагрузка. Если Вы левша, это совсем не значит, что необходимые навыки в стандартном снаряжении будут даваться Вам тяжелее, чем в "зеркальном". Привыкнув к "леворукому" снаряжению, Вам будет сложнее пользоваться стандартным. Если Вы абсолютно уверены, что всегда будете иметь при себе собственный инвертируемый комплект и никогда не окажетесь перед необходимостью воспользоваться каким — либо другим редуктором или компенсатором — учитесь на том снаряжении, какое вам больше нравится. Если Вы допускаете иные ситуации — с самого начала привыкайте к стандартному варианту. Еще раз повторим, что мы не видим в нем каких-либо неудобств для левшей. ^ Основная задача редуктора — уменьшить давление воздуха, выходящего из баллонов, до давления, превышающего давление окружающей среды на некоторую величину, в пределах 5—10 атм. (как правило, 8 — 9). Б  азовые принципы работы различных моделей редукторов мало отличаются друг от друга. Рассмотрим наиболее простую конструкцию. Редуктор, схема которого изображена на рисунке 2.6, имеет три камеры, подвижный поршень и пружину. Форма подвижного поршня такова, что его торцевые поверхности имеют различную площадь. Поверхность меньшей площади снабжена прокладкой из полимерного материала и при опускании поршня вниз (см. рисунок) закрывает собой отверстие, через которое поступает воздух из баллона. Эта поверхность именуется подушкой клапана, а закрываемое ею отверстие — седлом клапана. Вместе они образуют клапан редуктора. Поверхность большей площади обращена в верхнюю камеру редуктора. Внутри поршня проходит канал, соединяющий нижнюю и верхние камеры редуктора. Средняя камера сообщается отверстием с окружающей средой. Пока баллонный вентиль закрыт, пружина удерживает поршень в верхнем положении, при котором клапан редуктора открыт. При открывании вентиля воздух под высоким давлением устремляется через открытый клапан в нижнюю камеру редуктора, из которой по каналу в поршне проходит в верхнюю камеру. Давление в обеих камерах нарастает практически одновременно. Давление в верхней камере начинает действовать на поршень с возрастающей силой.С  ила давления воздуха на верхнюю поверхность поршня во столько же раз превышает силу, оказываемую таким же давлением на нижнюю его поверхность поршня, во сколько площадь верхней поверхности превышает площадь нижней. Таким образом, указанные силы, действующие на поршень с двух сторон, уравниваются, когда давление в верхней камере значительно уступает давлению на подушку клапана. Снизу на поршень действуют еще две силы: упругости пружины и давления окружающего воздуха или воды. Давление воздуха в нижней и верхней камере редуктора продолжает расти до тех пор, пока увеличивающаяся сила давления воздуха на поршень в верхней камере (сверху вниз) не превысит сумму трех сил, действующих в обратном направлении: давления воздуха на подушку клапана, давления окружающей среды и упругости пружины. Далее происходит закрытие клапана редуктора. В большинстве систем площади поверхностей поршня и упругость пружины подобраны таким образом, что при рабочем давлении в баллонах полное закрытие клапана редуктора происходит при давлении в верхней камере, на 8 — 9 атм. превышающем давление окружающей среды. Это давление называется промежуточным. На поверхности оно равно соответственно 9 — 10 атм. Значение промежуточного давления на поверхности называется установочным давлением редуктора. На глубине Юм давление в средней камере редуктора увеличится на 1 атм. и, соответственно, на столько же увеличится давление в верхней камере редуктора, необходимое для закрытия клапана, т.е. промежуточное. Из нижней камеры редуктора имеется выход для подачи воздуха в легочный автомат. При вдохе давление воздуха в нижней и верхней камерах редуктора падает и клапан открывается, перепуская очередную порцию воздуха в редуктор. Таким образом, последний обеспечивает подачу воздуха под давлением, на 8 — 9 атмосфер превышающим давление окружающей среды. Герметизация камер в описанном редукторе достигается кольцевыми резиновыми прокладками на поршне и в местах подсоединения шлангов высокого и среднего давления.Мы привели пример классической конструкции редуктора, проверенной более чем тридцатилетней практикой использования. Подобные устройства называются поршневыми несбалансированными редукторами поточного действия. Что это значит и какие еще бывают типы редукторов ? ^ Если подвижной деталью — управляющим элементом — является не поршень, а резиновая мембрана, соединенная со штоком клапана, такие редукторы называются мембранными (рис 2.7). Как правило, их устройство более сложно, они содержат больше подвижных деталей. Поршневые редукторы в целом более надежны и просты в техническом обслуживании: замена кольцевых резиновых уплотнителей — операция простая и быстрая. Смена мембраны — работа более сложная. Недостатком поршневого редуктора является подверженность заклиниванию при образовании наледи на трущихся поверхностях поршня и стенки редуктора или при попадании в зазор между ними частичек грязи. Поэтому мембранные редукторы часто используют при погружении в холодной или загрязненной воде. Более подробно этот вопрос разбирается ниже.  ^ В поточном редукторе клапан открывается в том же направлении, в котором через него идет воздушный поток, в противоточном — в противоположную сторону. Поршневые редукторы за редчайшим исключением всегда имеют поточный механизм, мембранные — противоточный. ^ В описанном выше поточном поршневом редукторе давление воздуха из баллонов служит одной из сил, открывающей клапан. Естественно, с расходом воздуха в аппарате, высокое давление падает, а значит, падает и промежуточное давление, т.к. все меньших и меньших усилий хватает на закрывание клапана редуктора. Результат — увеличение сопротивления дыхания при уменьшении запаса воздуха. В редукторе с противоточным клапаном наблюдается обратная ситуация — промежуточное давление растет с падением высокого. Возможны разнообразные технические решения, исключающие влияние величины высокого давления на величину промежуточного до тех пор, пока первое превышает второе. Наиболее распространены следующие. 1  . Введение дополнительной поверхности поршня. Такое решение, как правило, используется в мембранных редукторах. Вернемся к схеме такового (рис. 2.7). Высокое давление действует на тарелку клапана в двух направлениях — на открытие и на закрытие клапана. Вторая сила при этом превышает первую, так как развивается за счет давления на большую площадь. Это означает, что чем ниже высокое давление, тем выше должно быть промежуточное, достаточное для закрытия клапана. Изменив форму поршня так, как показано на рис. 2.8, можно выровнять площади поверхностей, подвергающиеся воздействию высокого давления в сторону открытия и закрытия клапана. "Лишняя" поверхность при этом выносится в дополнительную камеру, заполненную воздухом среднего давления. 2. Исключение воздействия высокого давления на управляющий элемент редуктора. Как правило, это решение используется в поршневых редукторах. Принципиальная схема такого решения приведена на рис. 2.9. Нижняя камера здесь служит камерой высокого давления, а седло и подушка клапана меняются местами: подушка неподвижно располагается на торцевой стороне камеры высокого давления, а подвижным седлом служит нижняя оконечность поршня. Выход воздуха среднего давления происходит из верхней камеры редуктора. При отсутствии высокого давления пружина удерживает поршень в верхнем положении — клапан открыт. При повышении давления в нижней камере воздух проходит сквозь канал в поршне в верхнюю и по достижении в последней установочного давления клапан закрывается. Таким образом, полностью исключается воздействие высокого давления на работу поршня. В данном случае весь поток воздуха проходит через канал в поршне, поэтому для обеспечения нормальной пропускной способности редуктора диаметр канала должен быть больше, чем в конструкции, изображенной на рис. 2.6.^ Расход воздуха — величина, характеризующая пропускную способность редуктора. Расход воздуха измеряется количеством воздуха в литрах, который способен пропустить через себя редуктор за одну минуту при постоянно открытом клапане. Эта величина во много раз превосходит реальный расход воздуха при погружении и характеризует возможную скорость прохождения воздуха через редуктор, которая должна превышать максимальную скорость потока воздуха, потребляемого легкими подводника при глубоком и резком вдохе. В противном случае в момент наиболее активного дыхательного движения возрастает сопротивление дыханию. Большинство современных редукторов имеют расход воздуха от 1 до 4 тыс. л/ мин. ^ Способы подсоединения редукторов к баллонным блокам подробно разобраны при описании последних. Большинство современных зарубежных производителей выпускают каждую модель редуктора как в YOKE, так и в DIN вариантах, причем они совместимы. Как правило, узел крепления к баллону вкручен в редуктор с помощью стандартной резьбы, так что Вы можете вывинтить из редуктора струбцину (YOKE) и вкрутить на ее место адаптер варианта DIN и наоборот. Впрочем, лучше не делать этого самостоятельно, а обратиться к квалифицированным специалистам. Так или иначе, приобретая редуктор одного стандарта и адаптер другого, Вы можете пользоваться любым из них по своему усмотрению. Некоторые отечественные редукторы имеют свой стандарт присоединения к баллонам. При необходимости возможно использование дополнительных переходников с баллонов международных стандартов на наши редукторы и наоборот, но подобные переходники увеличивают количество соединений и размеры конструкции. Новейшая разработка отечественной промышленности — аппарат АВМ— 12—1 — имеет международное соединение типа "DIN". ^ Выходы из редуктора часто именуются портами. Наиболее распространенными вариантами, отвечающими современным международным требованиям, являются редукторы с 1 — 2 выходами высокого давления и 3 — 4 выходами среднего давления. Большинство мировых производителей соблюдают единые стандарты обозначений и резьб портов. Порты высокого давления маркируются "HP" (high pressure) и имеют внутреннюю резьбу диаметром 7/16" (7/16 дюйма). Часто маркировка "HP" заменяются указанием высокого давления в атмосферах на которое рассчитан редуктор, например, 200 или 300. Наличие одного выхода высокого давления обязательно для современных редукторов и необходимо для подключения выносного — расположенного на гибком шланге — манометра высокого давления (см. главу 2.10). Второй выход высокого давления может предназначаться для независимого подсоединения датчика давления индивидуального компьютера (глава 2.10). Выходы среднего давления как правило лишены маркировки и имеют стандартную внутреннюю резьбу 3/8" (иногда — 1/2"). Минимальное количество портов среднего давления — три — предназначается для подсоединения:
Редукторы комплектуются заглушками к незадействованным портам. Редуктор нового отечественного аппарата АВМ—12—1 — имеет 4 порта среднего давления международного стандарта — с внутренней резьбой 3/8". Хорошо известные российским подводникам редукторы типа АВМ—5 имеют лишь один выход среднего давления, предназначенный для легочного автомата и имеющий внешнюю резьбу диаметром 18 мм. Выход высокого давления в этом редукторе отсутствует: укомплектованные ими акваланги либо имеют систему предупреждения подводника о скором окончании запаса воздуха в виде резервного механизма, как аппараты АВМ — 5 и АВМ — 7, либо в дополнение к системе резерва снабжены выносным манометром, отходящим прямо от баллонного блока, как в акваланге "Подводник—2". Редуктор аппарата "Подводник—4" имеет выход высокого давления с внешней резьбой 14 мм и укомплектован выносным манометром. Выход среднего давления в этой модели также единственный. Естественно, до начала свободного поступления в нашу страну снаряжения международных образцов, отечественные подводники—умельцы создали различные варианты дополнительных портов для подключения жилета—компенсатора плавучести. Наиболее удачный вариант — подсоединение к резьбе, в которую должен вкручиваться предохранительный клапан редуктора, специального тройника, имеющего резьбу для подсоединения предохранительного клапана и дополнительную резьбу для выхода среднего давления к компенсатору. Возможен также "четверник" — с еще одним портом для запасного легочного автомата. ^ Ответ прост: в стандартном снаряжении шланги к основному и запасному легочному автомату лучше всего располагать справа, а шланги поддува компенсатора и сухого гидрокостюма — слева (рис. 2.10, фото 2.8). Шланг высокого давления на манометр или компьютер подсоединяется, как правило, с левой стороны. Во многих иностранных редукторах есть механизм, позволяющий по вашему желанию выбрать оптимальное направление выходов шлангов среднего давления: та часть корпуса, на которой располагаются порты среднего давления может поворачиваться вокруг своей продольной оси. Такой механизм называется турельчатым, или карусельным (swivel). Общая компоновка редуктора Н  аиболее распространенные варианты конструкций международного стандарта представлены на фото 2.9. Форма корпуса редукторов разнообразна, но более — менее приближена к цилиндрической, так как внутри любого редуктора имеется либо цилиндрический поршень, либо дисковидная мембрана. Продольная ось корпуса редуктора либо параллельна, либо перпендикулярна оси крепления к аквалангу. В первом случае вся конструкция получается более компактной. Именно так устроены недорогие редукторы, сочетающие простоту и надежность (фото 2.9 А). Такая компоновка позволяет расположить по окружности 4 или 5 выходов воздуха: один порт высокого давления и 3 — 4 порта среднего давления. Большее количество портов неудобно размещать по одной окружности, а удлинение корпуса сделает редуктор опасным для вашего затылка.Удлинение корпуса редуктора и размещение большего количества выходов возможно при перпендикулярной ориентации корпуса относительно оси крепления к баллонному блоку (фото 2.9 Б, В). В таком случае один или два порта высокого давления размещаются около крепления к баллонам, а 4 — 5 портов среднего давления — на другом конце корпуса. Необходимо добавить, что порты среднего давления могут располагаться на редукторе равномерно, а также со смещением на одну из сторон или попарно. При задействовании четырех равномерно размещенных портов два шланга оказываются направленными под некоторым углом назад от тела пловца. Цепляясь за окружающие предметы, эти порты причиняют лишние хлопоты, особенно при передвижении в пещерах, затопленных помещениях или в зарослях водорослей. Третий вариант общего исполнения редуктора, показанный на фото 2.9 Г, Д, весьма компактен и, к тому же, позволяет использовать 2 порта высокого давления и 4 среднего. Расположение портов в редукторе такой конструкции весьма удобно — даже при полном задействовании портов все шланги направлены в стороны или под небольшим углом вперед. Оптимальное использование выходов показано на фото 2.8. Подобным образом устроен редуктор отечественного аппарата АВМ —12—1. Общая компоновка других отечественных редукторов возможна в двух вариантах. В первом случае имеется единственный выход среднего давления, расположенный в основании редуктора напротив предохранительного клапана (фото 2.7 В), во втором — на этом месте помещен выход высокого давления, а выход среднего находится на крышке редуктора (фото 2.7 Г). ^ В редукторе воздух, выходящий из баллонов, расширяется и при этом охлаждается. Этого охлаждения может оказаться достаточно, чтобы при положительной температуре окружающей воды температура внутри редуктора опустилась ниже нуля. Результат — выпадение водяного конденсата и образование наледи на внутренних поверхностях редуктора. Вероятность образования наледи зависит от температуры окружающей среды, интенсивности вашего дыхания (чем больше расширяющегося воздуха проходит через редуктор, тем сильнее он охлаждается) и влажности воздуха в баллонах. При неблагополучном стечении обстоятельств, образование льда в редукторе возможно при температуре воды + 10 °С и ниже. Наледь, образовавшаяся на рабочей поверхности клапана или соприкасающихся поверхностях поршня и корпуса редуктора, может нарушить нормальную работу механизма — что и называется замерзанием редуктора. В зависимости от конкретных обстоятельств оно может привести к избыточной либо недостаточной подаче воздуха в систему среднего давления. Первое приведет к повышению давления и может вызвать самопроизвольную подачу воздуха легочником, второе — к затруднению дыхания вплоть до полной невозможности вдоха. Современной промышленностью выпускаются редукторы, приспособленные для работы в холодной воде: вероятность их замерзания ничтожно мала. Наиболее подвержены замерзанию части редуктора, соприкасающиеся своими трущимися поверхносностями с водой, заполняющей камеру давления окружающей среды. Как этого избежать? Есть два способа: 1. Изолировать воду в камере давления окружающей среды от трущихся поверхностей редуктора. Так, например, устроены мембранные редукторы (рис 2.7, 2.8). 2. Изолировать камеру давления окружающей среды от окружающей воды. Это решение применяется как в поршневых, так и в мембранных редукторах путем заполнения упомянутой камеры специальной жидкой силиконовой смазкой и герметизации ее объема посредством небольшой резиновой прокладки. Давление окружающей среды передается через прокладку на смазку внутри камеры и затем на поршень. Имеются модели мембранно-поршневых редукторов, в которых используется комбинированная защита от замерзания. Мембрана изолирует поршень от камеры среднего давления — чтобы избежать нарушения работы поршня за счет замерзшего конденсата из воздуха, а камера окружающего давления заполнена незамерзающей смазкой. ^ Все редукторы снабжены фильтрующими элементами, исключающими попадание твердых частиц из баллонов в регулятор. В современных редукторах международного стандарта, как правило, применяются конические фильтрующие элементы, которые позволяют наиболее эффективно размещать фильтрующую поверхность в потоке воздуха. В отечественных редукторах используются цилиндрические фильтры. И те и другие приспособлены для быстрой и удобной замены. ^ Основная задача и принцип работы легочного автомата Вспомним основы физиологии дыхательной системы человека: в  дох и выдох возможны лишь при условии, что давление вдыхаемого и выдыхаемого воздуха равно или почти равно внешнему давлению, действующему на легкие. Назначение легочного автомата именно в том, чтобы обеспечить это условие в течение всего дыхательного цикла и в течение всего погружения. Все легочные автоматы имеют мембрану в качестве управляющего элемента. Использование поршня принципиально возможно, но не оправдано ни конструктивно, ни технологически.Корпус легочника поделен дисковидной мембраной на две камеры: водную и воздушную (рис. 2.12). Водная сообщается отверстиями с окружающей средой. На суше она содержит воздух, а при погружении заполняется водой. В воздушную камеру посредством клапана вдоха открывается шланг с воздухом среднего давления, воздушная камера имеет выход с загубником и один или два клапана выдоха. Так же как и в редукторах, клапан вдоха в легочнике может быть поточного или противоточного типа. Итак, вентиль баллона открыт, загубник находится во рту. Клапан вдоха закрыт: если он поточный — его закрывает пружина, если противоточный (рис. 2.12) — среднее давление воздуха. Клапан выдоха также закрыт за счет собственной силы упругости. Давления в водной и воздушной камерах равны друг другу и давлению окружающей среды. Когда мышцы грудной клетки совместно с диафрагмой развивают усилие вдоха, давление в воздушной камере начинает уменьшаться. Под действием неизменного внешнего давления мембрана прогибается и нажимает на рычаг, соединенный с клапаном. Конструкции клапанов бывают достаточно разными, но во всех случаях движение рычага вызывает открывание клапана вдоха. Воздух из системы среднего давления начинает поступать в воздушную камеру легочника и далее — через загубник и дыхательные пути — в легкие. При этом воздух на выходе из клапана расширяется, и его давление несколько падает по сравнению с давлением окружающей среды. Эта разница в современных легочных автоматах не превышает 5 см водного столба и необходима для поддержания клапана в открытом состоянии. Чем энергичнее вдох — тем сильнее прогибается мембрана и сильнее открывается клапан. Чем слабее усилие вдоха — тем меньше прогибается мембрана и меньше воздуха поступает в легочник. При завершении вдоха — точнее, когда наша мускулатура перестает развивать усилие необходимое для поддержания клапана в открытом состоянии и давление в камере легочника выравнивается с давлением окружающей среды — мембрана возвращается в исходное положение и клапан закрывается. Таким образом, для вдоха из легочного автомата дыхательная мускулатура должна развить усилие в пределах 5 см водного столба, чтобы открыть клапан вдоха и поддерживать его в открытом состоянии. Для каждой модели легочника эта величина известна, обязательно внесена в сопутствующую документацию и называется сопротивлением вдоху. Слишком большое сопротивление вдоху развивает усталость дыхательных мышц и вредно по ряду медицинских показателей. Когда мы начинаем делать выдох, давление в воздушной камере возрастает до величины, необходимой для открытия клапана (клапанов) выдоха. Эта величина называется сопротивлением выдоху и также не превышает в современных моделях 5 см водного столба. Когда усилие выдоха становится меньше этой величины, клапаны выдоха закрываются. Величины, сопротивления вдоха и выдоха являются "сухопутными", т.е. характеризуют работу легочного автомата на воздухе. При погружении в воду появляются дополнительные факторы, изменяющие усилия дыхания из акваланга. Если легочник находится на одном уровне с вашими легкими (рис. 2.13 А), величины сопротивления вдоха и выдоха примерно равны таковым на суше. Если легочник выше легких (рис. 2.13 Б), давление воды, действующее на мембрану и клапаны выдоха, несколько меньше, чем на ваши легкие, что слегка затрудняет вдох и облегчает выдох. Если же легочный автомат ниже ваших легких (рис. 2.13 В) — вдох становится легче, выдох — тяжелее. Очевидно, что при погружении положение вашего тела постоянно меняется, а вместе с ним меняются динамические характеристики работы легочного автомата. Сопротивление вдоху и выдоху может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды и глубины. Сильное течение или волны способны вызывать несанкционированную подачу воздуха увелич  ив внешнее давление на мембрану. Несмотря на все эти обстоятельства, "сухопутные" величины сопротивления вдоха и выдоха остаются важной характеристикой его рабочих качеств и непременно должны указываться в технической документации легочного автомата. Легочник обязательно должен обладать системой принудительной подачи воздуха. В подавляющем большинстве случаев, в середине передней поверхности легочника (рис. 2.12) имеется кнопка, нажатие на которую прогибает мембрану и открывает клапан вдоха. После нажатия кнопка возвращается на место пружиной. Принудительная подача воздуха позволяет очищать воздушную камеру легочника от попавшей внутрь воды без выдоха, напрямую используя воздух из аппарата. Так устроены наиболее простые модели легочных автоматов, удобные и надежные в эксплуатации и проверенные более чем 40-летним сроком применения. Однако конструкторская мысль не стояла на месте все это время, и с тех пор, появилось множество технических решений, делающих легочные автоматы более комфортными и безопасными. Основные усилия конструкторов были направлены на уменьшение сопротивления вдоху и выдоху, облегчение регулировки этих параметров подводником, создание специальных незамерзающих моделей. Помимо этого, разработано огромное количество мелких приспособлений и хитростей, облегчающих эксплуатацию легочников. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся варианты современных легочных автоматов. Материалы Корпус большинства легочников выполнен из пластика, хотя есть и металлические модели. Передняя поверхность некоторых новейших образцов резиновая, что позволяет обходится без кнопки принудительной подачи воздуха — достаточно нажать в любом месте на мягкую переднюю поверхность легочного автомата. Мягкие детали — мембрана, загубник, клапаны выдоха, — в современных моделях, как правило, изготовлены из силикона. Этот материал имеет ряд преимуществ перед резиной: он мягче, эластичнее и — вместе с тем — долговечнее. Но и легочники с резиновыми деталями достаточно удобны. Средняя часть мембраны, соприкасающаяся с рычажком, обязательно укреплена металлической или пластиковой пластинкой. Вход для воздуха среднего давления и составные элементы клапана вдоха выполняются из нержавеющих металлических сплавов. В некоторых моделях, специально приспособленных к погружению в холодной воде, элементы подвижных узлов изготавливаются из твердых и прочных водоотталкивающих пластмасс — во избежание образования наледи на трущихся поверхностях. Остальные составные части легочника (кнопка принудительной подачи воздуха, регулировочные приспособления и т.д.) могут выполняться как из металла, так и из пластика. Поточные и противоточные (прямого и обратного действия) клапаны вдоха Подавляющее большинство современных производителей подводного снаряжения выпускает легочные автоматы с клапанами вдоха поточного типа. Это позволяет использовать редукторы без специальных предохранительных клапанов — повышение среднего давления в системе вызывает открывание клапана вдоха легочного автомата, который и выпускает избыточный воздух (см. ниже). Отечественная промышленность производит легочные автоматы с клапанами вдоха противоточного типа. Их преимущество в уменьшении усилия вдоха при падении среднего давления, препятствующем открыванию клапана.  ^ Если редуктор регулятора несбалансированный, среднее давление постепенно уменьшается по мере падения высокого, если сбалансированный — среднее давление будет постоянно при высоком, превышающем 20 — 30 атм., ниже этой величины — начнет постепенно уменьшаться. Когда давление в баллонах опускается ниже установочного давления редуктора, среднее давление, естественно, также начинает падать независимо от конструкции редуктора. Как в поточном, так и в противоточном клапанах величина среднего давления воздуха влияет на открывание клапана вдоха: в первом случае — помогая ему, во втором — препятствуя. Понижение среднего давления помешает клапану открыться — а значит увеличит сопротивление на вдохе — в первом случае и, наоборот, облегчит открывание клапана во втором. Сбалансированные конструкции клапанов делают сопротивление вдоха практически независимым от изменения среднего давления. По очевидным причинам это особенно актуально для поточных легочников. Наиболее распространенное техническое решение балансировки легочного автомата — введение дополнительной поверхности, на которую оказывает действие среднее давление. Как Вы помните, подобное же решение используется для балансировки редукторов и подробно обсуждается в главе 2.5. ^ Сбалансированный легочник при уменьшении запаса воздуха в баллонах исключает рост сопротивления вдоху, но не влияет на эту величину саму по себе. Сопротивление вдоха состоит из начального усилия, необходимого для открывания клапана, и поддерживающего усилия, необходимого для сохранения клапана в открытом положении. Для простых легочников, подобных изображенному на рис. 2.12, эти величины практически равны, а график изменения дыхательного усилия от времени показан на рис. 2.14 А. Множество технических решений, снижающих сопротивление вдоху, можно разделить на две группы: уменьшающие поддерживающее усилие и уменьшающие усилие вдоха в целом. Поддерживающее усилие по времени в несколько раз продолжительнее начального, поэтому поиск технических решений, уменьшающих первое, более перспективен и актуален. Наиболее распространенный вариант уменьшения поддерживающего усилия — использование эффекта инжектирования воздуха. Из закона Эйлера — Бернулли следует, что чем выше скорость потока газа, тем ниже его давление. В часы пик в метро самая большая давка ожидает нас при входе на эскалатор, в самом начале сужения, а на самом эскалаторе, где развивается максимальная скорость потока — давление со стороны окружающих становится минимальным. Самое начало сужения в строгом понимании — это и есть самое широкое место, где давление максимально. Последнее утверждение спорно в применении к метрополитену, но ведь человеческий поток и не должен строго подчиняться законом газовой динамики. Итак, если воздух выходит из клапана вдоха через узкое сопло с большой скоростью, давление в нем тем ниже, чем выше скорость потока. Обратимся к рис. 2.15 (общая схема эффекта). В результате усилия вдоха в воздушной камере легочника развивается пониженное давление, нео  бходимое для открывания клапана. Получивший свободу воздух следует по трубке и через небольшое отверстие — сопло — вырывается в воздушную камеру. Сопло направлено прямо на выход из легочника и воздух "вдувается" в рот. Давление воздуха на выходе из сопла падает ниже давления в камере легочника за счет скорости потока. Образовавшееся разрежение в потоке вызывает уменьшение давления во всей камере легочника и поддерживает мембрану в вогнутом состоянии, даже если усилие вдоха значительно уменьшится. Таким образом, клапан будет поддерживаться в открытом состоянии за счет самого воздушного потока. В некоторых современных конструкциях легочников эффект инжектирования настолько силен, что усилие необходимо лишь для начальной фазы вдоха, а дальше воздух как будто сам "закачивается" в ваши легкие. Как только вы заканчиваете движение вдоха, скорость потока уменьшается, давление в воздушной камере возрастает и мембрана возвращается на свое место — клапан закрывается. Возможные варианты зависимости усилия вдоха от времени для легочников с инжекцией воздуха приведены на графике (рис. 2.14 Б). Как видите, общая нагрузка по сравнению с диаграммой на рис. 2.14 А снижается в несколько раз, а значит — в несколько раз уменьшается усталость мышц, участвующих в дыхании подводника. Применение байпасных (обводных) трубок С  трого говоря, это еще одно конструкторское решение использования эффекта направленного воздушного потока. Подвижная пластинка (рис 2.16) меняет свое положение при каждом вдохе и выдохе. Во время вдоха за ней — в воздушной камере редуктора — создается разрежение, поддерживающее мембрану в вогнутом состоянии. ^ Для уменьшения общего сопротивления вдоху используется конструкция с дополнительным клапаном, который называется регулирующим (пилотажным). Рассмотрим ее принципиальную схему (рис. 2.17). Устройство обычного клапана вдоха усложняется введением дополнительного изолированного объема (вокруг основного клапана) который соединен с камерой вдоха дополнительным клапаном меньшего размера — он и есть регулирующий. Основной клапан имеет не совсем обычную конструкцию: он "дырявый", т.е. в нем просверлено узенькое отверстие —дюза, через нее дополнительный объем сообщается с системой среднего давления. Регулирующий клапан открывается посредством рычага от мембраны, как обычный клапан в обычном легочнике. Основной клапан подчиняется исключительно разнице давлений. И  так, оба клапана закрыты, в дополнительном объеме — воздух под средним давлением. Когда за счет усилия вдоха понижается давление в воздушной камере легочника, прогиб мембраны открывает пилотируемый клапан. Воздух из дополнительного объема выходит быстрее, чем поступает туда через дюзу основного клапана, и давление в дополнительном объеме падает. Это приводит к открыванию основного клапана, сечение которого в несколько раз превосходит сечение регулирующего. Когда мембрана возвращается на место, регулирующий клапан закрывается, через дюзу давление в дополнительном объеме выравнивается со средним давлением и основной клапан возвращается в исходное положение.Каков смысл этого механизма? Чем меньше размер клапана, тем меньшее усилие, чтобы его открыть, и тем меньшее количество воздуха может через него пройти. Пилотируемый клапан весьма мал и открывается минимальным усилием, количество же проходящего через него воздуха недостаточно для дыхания, но достаточно, чтобы открыть основной клапан, который и обеспечивает нас необходимым количеством воздуха. Подобный механизм весьма сложен и имеет некоторую инерцию, но значительно уменьшает как начальное, так и поддерживающее усилие вдоха. ^ Дают возможность изменять сопротивление вдоха, не разбирая легочный автомат. Современные конструкции легочников могут быть снабжены двумя различными системами внешней регулировки подачи воздуха. ^ Позволяет плавно изменять его как на суше, так и под водой. Если легочник, оказавшийся у Вас в руках, имеет вращающуюся головку со стороны, противоположной входу шланга среднего давления — это означает, что Вы можете отрегулировать величину начального усилия вдоха так, как пожелаете (естественно, в пределах некоего диапазона). Механизм регулировочного устройства весьма прост: закручивая вращающуюся головку (как правило, по часовой стрелке) сжимаете закрывающую пружину клапана вдоха, тем самым увеличивая сопротивление вдоха; откручивая головку, ослабляете пружину, облегчая открывание клапана и уменьшая сопротивление вдоха. ^ Как правило, имеется в легочных автоматах, использующих эффект инжектирования. В воздушной камере, на пути воздушного потока, размещается заслонка, приводимая в движение переключателем на внешней поверхности легочника. Переключатель и заслонка имеют два положения: в одном заслонка параллельна потоку воздуха, в другом — перпендикулярна (фото 2.9 В). Первое положение — для пребывания под водой (dive), эффект инжектирования при этом действует в полной мере, облегчая вдох подводника. Второе положение — для нахождения на поверхности (pre — dive); эффект инжектирования в этом случае "выключен", так как заслонка тормозит поток воздуха. Зачем нужен такой переключатель? Находясь на поверхности, часто бывает необходимым вынуть легочник изо рта — для переключения на дыхательную трубку, снятия аппарата, разговора с партнерами или страхующими. Любой легочник, упав в воду в положении загубником вверх, за счет увеличения давления в водной камере начнет самопроизвольно стравливать воздух. При наличии инжекторного механизма к такому стравливанию больше подойдет слово "фонтанирование". Чтобы избежать этой неприятности, Вы переводите переключатель в поверхностное положение (pre—dive). Перед погружением, окончательно взяв загубник в рот, Вы ставите рычажок в подводное (dive) положение и начинаете спуск, наслаждаясь свободной работой легочного автомата. Для комфортности погружений в холодной воде немаловажную роль играет форма внешних регулировочных приспособлений: далеко не всегда они удобны для переключения рукой одетой в толстую перчатку. Если Вы не уверены, что будете пользоваться легочным автоматом исключительно в теплой воде, то выбирая для себя регулятор, наденьте перчатки толщиной около 5 мм и попробуйте в них переключить режим и регулировать сопротивление вдоху. ^ Основная его задача — стравливание воздуха из легочного автомата при увеличении давления в воздушной камере. Чем меньше сопротивления выдоха — усилие необходимое для открывание клапана — тем легче выдыхать. В подавляющем большинстве легочных автоматов клапан выдоха выполнен в виде резиновой тарелочки, прикрепленной своей серединой к наружной поверхности корпуса легочника. Корпус под тарелкой пронизан расположенными по кругу отверстиями, ведущими в воздушную камеру легочного автомата, края тарелки прилегают к поверхности корпуса, играющей роль седла клапана. При равенстве давлений внутри и снаружи воздушной камеры собственная упругость тарелки прижимает ее к седлообразующей поверхности корпуса. Создаваемое силой выдоха избыточное давление внутри воздушной камеры приподнимает клапан, выпуская воздух. С одной стороны, чем больше площадь поверхности тарелки клапана и чем мягче ее материал, тем меньше будет сопротивление выдоху. С другой стороны, материал должен обладать упругостью, достаточной для закрывания клапана, а размер последнего ограничен размером и конструкцией легочника. Системы выдоха легочных автоматов различаются по следующим признакам. 1. Количество и размер клапанов. Большинство легочных автоматов имеет один клапан выдоха диаметром около 30 мм, некоторые — два, но меньшего размера. 2. Материалом тарелки клапана может быть резина или силикон. Последний преобладает у современных моделей. 3. Традиционное расположение системы выдоха — в нижней части задней поверхности легочного автомата. Легочник D—400 фирмы Scubapro имеет клапан выдоха, расположенный в центре мембраны. Седлом клапана в этом случае служит силиконовая поверхность мембраны. При наиболее распространенных положениях тела подводника клапан выдоха подобной конструкции располагается в самой нижней части легочника, что способствует полному удалению воды из воздушной камеры при выдохе. ^ Замерзание легочников происходит по тем же причинам, что и замерзание редуктора. Какой из узлов в большей степени ему подвержен? С одной стороны, воздушная камера легочника все время увлажняется за счет выдоха, что, очевидно, повышает вероятность замерзания. Вода также попадает в легочный автомат при подключениях и отключения от аппарата, выполняемых в воде. С другой стороны, легочник все время подогревается теплом выдыхаемого воздуха и имеет управляющий элемент в виде мембраны, а мембранный механизм, как Вы помните, менее подвержен замерзанию, чем поршневой. Таким образом, борьба с обледенением легочных автоматов — актуальная техническая задача, для решения которой используются различные способы. Рассмотрим некоторые из них на примере легочного автомата "ARCTIC" — одной из новейших моделей французской фирмы "La Spirotechnique" — специально приспособленного для работы в холодной воде (фото 2.9 Г). Его конструкция отличается следующими особенностями: 1. Рычаг расположен с противоположной от воздушного входа стороны. Наибольшему охлаждению потоком расширяющегося воздуха (вспомним замерзание редукторов) подвергаются седло и подушка клапана вдоха. В большинстве легочников именно в этом месте находится подвижное соединение рычага. Перенесение его на противоположную сторону корпуса значительно уменьшает вероятность заклинивания рычага в результате образования наледи. 2. Пластиковая муфта ограничивает теплообмен между поршнем клапана и рычагом, уменьшая охлаждение последнего. 3. Все подвижные металлические детали имеют водоотталкивающее покрытие, препятствующее образованию наледи. 4. Специальная система обеспечивает теплообмен между охлаждаемыми расширяющимся воздухом деталями легочного автомата и окружающей водой, температура которой, разумеется, выше точки замерзания. Эта система представлена наружными радиаторами, соединенными с клапаном вдоха вставками из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Существует и ряд других приспособлений для увеличения надежности работы легочных автоматов в холодной воде:
Перечисленные технические решения в значительной степени уменьшают вероятность замерзания легочника в холодной воде. Только помните, что кроме холодной воды бывает еще и значительно более холодный воздух. Если окунуть регулятор в прорубь, а потом, не слив воду, на некоторое время оставить на морозе, даже самая "арктическая" модель может превратиться в монолитный кусок льда. Поэтому, при работе в холодной воде и, тем более, зимой соблюдайте следующие требования (особенно если Ваш регулятор не относится к специализированным холодноводным моделям): 1. После каждого погружения регулятор необходимо высушивать и хранить до следующего погружения в сухом теплом помещении. 2. Старайтесь проводить сборку аппарата (присоединение регулятора к баллонному блоку) и его рабочую проверку в сухом теплом помещении. 3. Не допускайте попадания воды на регулятор до вхождения в воду. 4. Во время погружения не допускайте попадания воды в легочник, по возможности не вынимайте загубник изо рта —как у поверхности, так и на глубине. 5. Старайтесь не пользоваться без крайней необходимости кнопкой принудительной подачи воздуха. 6. Избегайте активных движений и большой физической нагрузки во время погружения. 7. Если температура воздуха ниже или чуть выше нуля старайтесь как можно меньше дышать из регулятора на воздухе. Общая цель всех приведенных советов — исключить попадание воды в воздушные полости регулятора и уменьшить расход воздуха (а значит — охлаждение) через него, особенно — на морозе. Идеально организованное погружение в холодную воду выглядит следующим образом: Вы полностью готовитесь к нему в сухом теплом помещении (в каюте судна, в отапливаемой палатке на льду водоема), там же подключаетесь к аппарату и после этого без промедления погружаетесь в воду. Для работы в холодной воде можно использовать аппарат с двумя выходами и двумя регуляторами: в случае замерзания одного из них Вы переключаетесь на другой. Регулятор, переставший охлаждаться за счет расширяющегося воздуха, как правило, оттаивает достаточно быстро. ^ Альтернативный источник воздуха рассчитан на случай отказа подачи воздуха из аппарата вашего партнера или из вашего основного источника. Чаще всего используются следующие варианты альтернативных источников воздуха: ^ или октопус — наиболее популярный среди аквалангистов—любителей альтернативный источник воздуха. Использование октопусов при любых погружениях рекомендовано всеми международными подводными организациями. Шланг среднего давления, идущий к легочнику, как правило, имеет длину 73 — 80 см, а к резервному легочнику — 100 см, чтобы вашему партнеру было удобнее им воспользоваться. Очень часто октопус окрашен в желтый цвет, что делает его легко заметным. Октопус должен быть расположен так, чтобы его можно было легко достать в любой момент. Лучше всего пристегнуть октопус посредством специального карабина к одному из D — образных колец на передней части компенсатора плавучести. Подводная ассоциация PADI требует обязательного крепления октопуса на груди подводника в треугольной области, ограниченной подбородком и нижней границей грудной клетки. Такое расположение позволит вашему партнеру максимально быстро воспользоваться вашим октопусом при необходимости. 2. Запасной регулятор, прикрепленный к независимому выходу из баллона, обычно используется при погружениях в холодной воде, когда есть вероятность замерзания редуктора. Легочный автомат запасного регулятора крепится подобно октопусу. 3. Дополнительный баллон емкостью 1—2 литра со своим регулятором — так называемый "пони—баллон" — представляет собой полностью независимый от основного альтернативный источник воздуха. "Пони" обычно крепится с помощью ремня на основной баллон акваланга. 4. Инфлятор компенсатора плавучести, снабженный механизмом, подобным механизму легочного автомата (подробнее см. главу 2.8). Такой инфлятор позволяет дышать через систему подачи воздуха в компенсатор. Не забывайте, что перед каждым погружением необходимо проводить рабочую проверку как основного, так и альтернативного источников воздуха. ^ Никакой механизм не застрахован от повреждений. Неисправность клапана редуктора может помешать ему закрыться полностью, что вызовет нерегулируемый рост промежуточного давления. Любой регулятор обязательно должен иметь предохранительный клапан для стравливания избыточного воздуха из системы промежуточного давления. В современных регуляторах используются два принципиально разных технических решения:
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям