Клапан баллона акваланга или клапан-колонна представляет собой запорный клапан высокого давления с ручным управлением, устанавливаемый на горловину баллона акваланга для управления потоком дыхательного газа в сосуд под давлением и из него , а также для соединения с регулятором акваланга или заправочным штырем . [1] Клапаны баллона обычно изготавливаются из латуни и покрываются защитным и декоративным слоем хромирования . [2] Металлическая или пластиковая погружная трубка или трубка клапана, ввинченная в нижнюю часть клапана, входит в баллон, чтобы снизить риск попадания жидких или твердых загрязняющих веществ в баллоне в газовые каналы при переворачивании баллона и блокировке или заклинивании регулятора. [3] [4]
Клапаны баллонов классифицируются по четырем основным аспектам: спецификация резьбы для присоединения к баллону, соединение с регулятором, номинальная мощность давления и некоторые функциональные отличительные особенности. Стандарты, касающиеся спецификаций и производства клапанов баллонов, включают ISO 10297 и стандарт CGA V-9 для клапанов газовых баллонов. [5]
Корпус клапана обычно изготавливается из цельного латунного литья или поковки, которое ввинчивается в резьбу горловины цилиндра и герметизируется уплотнительным кольцом или резьбовой лентой. Выпускное отверстие обрабатывается для установки в одну из стандартных систем соединения регулятора подводного плавания, а газовый проход обеспечивается из внутренней части цилиндра в соединение регулятора. Управление потоком газа через газовый проход осуществляется путем открытия и закрытия отверстия клапана, выточенного в корпусе клапана, путем поворота ручки клапана для приведения в действие штока клапана, который перемещает седло клапана к отверстию или от него. Шпиндель входит в зацепление с седлом клапана с помощью плоской и прорезной или квадратной втулки на внутреннем конце штока, которая проходит через уплотнение штока в крышке клапана. Вращение седла приводит его в движение вдоль своей оси по винтовой резьбе, концентричной с отверстием. Шпиндель обычно герметизируется уплотнительным кольцом в месте прохождения через крышку, а осевые нагрузки на шпиндель обычно переносятся тефлоновой или аналогичной шайбой с низким коэффициентом трения. Использовались и другие компоновки, но описанная очень распространена и известна как сбалансированный клапан, поскольку давление газа в цилиндре оказывается на обе стороны седла клапана, когда оно не герметизировано, поскольку газ может просачиваться через резьбу седла. Исторически также использовались две другие компоновки шпинделя: несбалансированный клапан, где периферия седла герметизирована, и бессальниковый клапан, где седло клапана не вращается, а герметизировано в корпусе клапана за диафрагмой. Выход клапана соединен с регулятором для погружения или с наполняющим хлыстом для зарядки. Клапан должен быть открыт для этих операций и закрыт, чтобы удерживать газ внутри цилиндра для хранения. [6] [3]
Горловина цилиндра — это часть конца, которая имеет форму узкого концентрического цилиндра и внутреннюю резьбу для установки клапана цилиндра. Резьба цилиндра может быть двух основных конфигураций: коническая резьба и параллельная резьба. [1] Спецификация резьбы клапана должна точно соответствовать спецификации резьбы шейки цилиндра. Неправильно подобранная резьба шейки может выйти из строя под давлением, что может иметь фатальные последствия. [7] [8] [9] [10] Параллельная резьба более устойчива к многократному снятию и повторной установке клапана для проверки и испытаний. [11] : s9
Существует несколько стандартов резьбы горловины, в том числе:
Параллельные резьбы изготавливаются по нескольким стандартам:
Резьбы 3/4"NGS и 3/4"BSP очень похожи, имеют одинаковый шаг и диаметр шага, который отличается всего на 0,2 мм (0,008 дюйма), но они несовместимы, поскольку формы резьбы различны.
Все клапаны с параллельной резьбой герметизируются с помощью уплотнительного кольца в верхней части резьбы горловины, которое герметизирует фаску или ступеньку на горловине цилиндра и фланец клапана.
Резиновое уплотнительное кольцо образует уплотнение между металлом клапана баллона и металлом регулятора для дайвинга . Фторэластомерные (например, витон ) уплотнительные кольца могут использоваться с баллонами, заполненными богатыми кислородом дыхательными газовыми смесями, чтобы снизить риск возгорания. [18] Существует два основных типа соединения клапана баллона с регулятором, которые обычно используются для баллонов для подводного плавания. Оба они очень широко используются для баллонов, содержащих воздух, а во многих странах также и для других дыхательных газов для дайвинга:
Соединитель хомута, также известный как A-образный зажим или международный соединитель, является компонентом регулятора, который устанавливается вокруг корпуса клапана на выходе и прижимает выходное уплотнительное кольцо клапана к входному седлу регулятора. Соединение официально описывается как соединение хомута CGA 850. [19] Зажимной винт хомута плотно закручивается вручную, чтобы обеспечить металлический контакт между клапаном и регулятором, чтобы в достаточной степени ограничить выдавливание уплотнительного кольца. Из-за чрезмерного затягивания хомут невозможно будет снять позже без инструментов. Уплотнение создается путем зажима уплотнительного кольца, установленного в канавке на лицевой стороне клапана между поверхностями регулятора и клапана. Когда клапан открывается, давление цилиндра расширяет уплотнительное кольцо по отношению к внешней поверхности канавки уплотнительного кольца в клапане и лицевой стороне входного отверстия регулятора. Этот тип соединения прост, дешев и очень широко используется во всем мире. Используется несколько размеров уплотнительных колец, и как общий, так и поперечный диаметры могут различаться, но правильный размер клапана необходим для надежного уплотнения и для того, чтобы уплотнительное кольцо не выпадало легко во время обращения и хранения. Он имеет максимальное номинальное давление 240 бар и не очень хорошо защищен от избыточного давления. Недостаточное усилие зажима может позволить давлению слегка растянуть конструкцию хомута, открыв зазор между уплотнительными поверхностями клапана и регулятора, достаточный для выдавливания уплотнительного кольца через зазор, что приведет к потенциально катастрофической утечке. Похожий эффект может возникнуть, если первая ступень ударится об окружающую среду, сгибая хомут достаточно, чтобы открыть зазор. Под водой это наиболее вероятно в надголовной среде, где дайвер не может совершить немедленное аварийное всплытие. Риск этой причины выдавливания уплотнительного кольца примерно пропорционален давлению в цилиндре и меньше для более жесткой конструкции хомута. [20] [3] Более старые регуляторы могут иметь хомут, рассчитанный на 200 бар, и они могут не подойти к более новым клапанам, рассчитанным на 240 бар.
В резьбовых соединениях DIN регулятор ввинчивается в клапан баллона, надежно фиксируя уплотнительное кольцо между уплотнительной поверхностью клапана и канавкой для уплотнительного кольца в регуляторе. Они более надежны, чем A-образные зажимы, поскольку уплотнительное кольцо хорошо защищено, а сборка значительно более жесткая и имеет более низкий профиль, что делает выдавливание уплотнительного кольца под воздействием удара менее вероятным, но операторы во многих странах не широко используют заправочные соединения DIN на компрессорах или клапанах баллонов с фитингами DIN, поэтому дайверу, путешествующему за границу с системой DIN, может потребоваться взять адаптер либо для подключения регулятора DIN к арендованному баллону, либо для подключения заправочного шланга A-clamp к клапану баллона DIN. Соединение DIN немного сложнее в изготовлении, но если уплотнение хорошее при открытии клапана, оно, скорее всего, останется хорошим на протяжении всего погружения, даже если ударится о твердый предмет над головой, и, следовательно, его предпочитают технические дайверы, даже там, где более популярен фитинг с хомутом. Соединения DIN доступны в двух спецификациях; для рабочего давления до 232 бар и для 300 бар. Оригинальный фитинг регулятора на 200 бар с пятью резьбами не будет герметизировать клапан на 300 бар, предотвращая потенциальную перегрузку, особенно шланга высокого давления и погружного манометра, но входной фитинг регулятора DIN 300 бар с семью резьбами, доступный почти на всех последних регуляторах, совместим с клапанами на 200 и 232 бар, а также с клапанами на 300 бар. Форма резьбы — G5/8" x 14 tpi. Уплотнительное кольцо установлено в канавке на регуляторе. Обычно используются два размера уплотнительных колец. [3]
.jpg/1280px-Adaptor_(yoke_to_DIN).jpg)
Доступны адаптеры для подключения регуляторов DIN к клапанам цилиндра с хомутом (A-образный зажим или адаптер хомута), а также для подключения регуляторов с хомутом к клапанам цилиндра DIN. [21] Существует два типа адаптеров для клапанов DIN: адаптеры-заглушки и адаптеры-блоки. Адаптеры-заглушки ввинчиваются в гнездо клапана DIN с 5 резьбами, рассчитаны на 232/240 бар и могут использоваться только с клапанами, которые предназначены для их установки. Их можно узнать по углублению в виде лунки напротив выпускного отверстия, используемому для размещения винта A-образного зажима. Адаптеры-блоки обычно рассчитаны на 200 бар и могут использоваться практически с любым клапаном DIN с 5 резьбами на 200 бар. Адаптеры A-образного зажима или хомута включают в себя зажим хомута с гнездом DIN в линию. Они немного более уязвимы к выдавливанию уплотнительного кольца, чем встроенные зажимы хомута, из-за большего рычага на регуляторе первой ступени.
Несколько производителей продают в остальном идентичный первый этап, отличающийся только выбором соединения клапана цилиндра. В этих случаях может быть возможно купить оригинальные компоненты для преобразования хомута в DIN и наоборот. Сложность преобразования может различаться, и детали обычно не являются взаимозаменяемыми между производителями. Преобразование регуляторов Apeks особенно просто и требует только шестигранного ключа и кольцевого гаечного ключа .
Существуют также вентили для баллонов аквалангов, содержащих газы, отличные от воздуха:
Внутренние и другие сменные компоненты клапанов часто взаимозаменяемы с другими клапанами того же производителя для аналогичного обслуживания. [3]
Маховик или ручка клапана — это рифленая или ребристая резиновая, пластиковая или металлическая арматура, прикрепленная к штоку клапана, используемая для вращения штока для открытия и закрытия клапана. Твердая резина или прочный пластик являются обычными материалами для последних моделей, обычно включающими формованные ручки и металлическую вставку для зацепления квадратной или плоской части штока, к которой они обычно прикреплены шлицевой гайкой. [3]
Погружная трубка, противомусорная трубка или клапанная трубка — это короткая трубка, ввинченная в отверстие в нижней части корпуса клапана, которая выступает во внутреннее пространство цилиндра. Ее функция заключается в том, чтобы предотвратить попадание любого свободного мусора внутри цилиндра в выпускные каналы, если цилиндр перевернут при использовании, так как такой материал может засорить или заклинить регулятор. Первоначально в основном изготавливаемые из латунной трубки, они также часто изготавливаются из пластика, но латунь по-прежнему предпочтительнее для газовых смесей с высоким содержанием кислорода, так как она менее пожароопасна. Некоторые погружные трубки имеют фильтр, прикрепленный к нижнему концу, часто сделанный из спеченной латуни, но большинство имеют простое отверстие. [18] [3]
Клапаны с хомутами рассчитаны на давление от 200 до 240 бар, и, по-видимому, нет никаких механических деталей конструкции, препятствующих соединению между любыми фитингами хомута, хотя некоторые старые зажимы с хомутами не подходят для популярной комбинации цилиндрического клапана DIN/хомут на 232/240 бар, поскольку хомут слишком узкий.
Клапаны DIN выпускаются с номинальным давлением 200 бар и 300 бар. Количество резьб и детальная конфигурация соединений разработаны для предотвращения несовместимых комбинаций наполнителя или регулятора с клапаном баллона. [21]
Наиболее часто используемый тип клапана цилиндра — это простой клапан с одним выходом, иногда называемый «K-клапаном» [6] , который позволяет подключать один регулятор и не имеет резервной функции. Он просто открывается, чтобы впустить поток газа, или закрывается, чтобы перекрыть его. Используются несколько конфигураций с вариантами соединения DIN или A-clamp, а также вертикальным или поперечным расположением шпинделя.
До 1970-х годов, когда погружные манометры на регуляторах стали обычным явлением, баллоны для дайвинга часто использовали механический резервный механизм, чтобы показать водолазу, что баллон почти пуст. Подача газа автоматически прекращалась подпружиненным клапаном, когда давление газа достигало резервного давления. Чтобы выпустить резерв, водолаз тянул вниз стержень, который проходил вдоль боковой поверхности баллона и который активировал рычаг, открывающий перепускной клапан. Затем водолаз заканчивал погружение до того, как резерв был израсходован. Резерв можно было отрегулировать жесткостью пружины, обычно 300 фунтов на квадратный дюйм (21 бар) для одного баллона, но для двух баллонов 500 фунтов на квадратный дюйм (34 бар) и трех баллонов 700 фунтов на квадратный дюйм (48 бар). [6] : 266 [25] Иногда водолазы непреднамеренно запускали механизм, надевая снаряжение или выполняя движение под водой, и, не осознавая, что резерв уже был использован, могли оказаться без воздуха на глубине без какого-либо предупреждения. [1] [4] Эти клапаны стали известны как «J-клапаны» из-за позиции «J» в одном из первых каталогов производителей оборудования для подводного плавания. Стандартный нерезервный клапан хомута в то время был позицией «K» и часто все еще упоминается как «K-клапан». [6] J-клапаны все еще иногда используются профессиональными дайверами в условиях нулевой видимости, когда подводный манометр (SPG) не может быть прочитан. В то время как индустрия любительского дайвинга в значительной степени прекратила поддержку и продажу J-клапана, Министерство обороны США, ВМС США, [26] NOAA (Национальное управление океанографии и атмосферы) и OSHA (Национальное управление по охране труда и технике безопасности) все еще разрешают или рекомендуют использовать J-клапаны в качестве альтернативы спасательному баллону или в качестве альтернативы погружному манометру. [26] Они, как правило, не доступны в магазинах для любительского дайвинга, но все еще доступны у некоторых производителей. Они могут быть значительно дороже, чем K-клапаны того же производителя.
Менее распространенным в 1950-1970-х годах был «R-клапан», который был оснащен ограничением, которое затрудняло дыхание, когда баллон приближался к истощению, но которое позволяло менее ограниченное дыхание, если дайвер начинал всплывать и давление окружающей воды уменьшалось, обеспечивая больший перепад давления над отверстием. Он никогда не был особенно популярен, потому что если дайверу необходимо было спуститься во время выхода из пещеры или затонувшего судна, дыхание становилось все более трудным по мере того, как дайвер погружался глубже, в конечном итоге становясь невозможным, пока дайвер не мог подняться до достаточно низкого давления окружающей среды. [6]
Резервные клапаны, производимые Dräger, были аналогичны по своей функции пружинному J-клапану, но резервный клапан полностью обходил главный клапан при открытии. Poseidon на определенном этапе продавал коллектор для двух баллонов, который имел пару простых клапанов в баллонах, с резервным клапаном, установленным на центральном выпускном блоке коллектора. Этот механизм сохранял резервное давление в обоих баллонах, тогда как обычная конструкция с коллекторными баллонами заключалась в том, чтобы резервный газ сохранялся только в одном баллоне, поэтому требовалось использовать разные пружины для поддержания примерно постоянной пропорции общего запаса газа.
При заполнении баллона J-образный клапан будет препятствовать внутреннему потоку газа, если не открыты оба клапана: основной и резервный.
Клапаны цилиндров Y и H имеют два выхода, каждый со своим собственным клапаном, что позволяет подключать к цилиндру два регулятора. [27] Если один регулятор «протекает», что является распространенным видом неисправности, или замерзает, что может произойти в воде ниже примерно 5 °C, его клапан можно закрыть, и цилиндр дышит из регулятора, подключенного к другому клапану. Разница между клапаном H и клапаном Y заключается в том, что корпус клапана Y разделяется на два поста примерно под углом 90° друг к другу и 45° от вертикальной оси, выглядя как Y, в то время как клапан H обычно собирается из клапана, спроектированного как часть системы коллектора с дополнительным постом клапана, подключенным к гнезду коллектора, при этом посты клапана параллельны и вертикальны, что немного похоже на H. Клапаны Y также известны как «клапаны-рогатки» из-за их внешнего вида. [28] Другой тип клапана с двумя выходами имеет отверстия под углом 90° друг к другу и к центральной линии цилиндра. Они используются на баллонах ребризера, чтобы можно было установить как аварийный регулятор, так и регулятор подачи ребризера.
Некоторые модели клапанов цилиндров имеют осевые шпиндели - на одной линии с осью цилиндра, и не имеют ручек. Стандартные клапаны с боковым шпинделем имеют ручку клапана с правой стороны водолаза при заднем монтаже. Клапаны с боковым шпинделем, используемые с коллекторами, должны быть парой с ручками - один с ручкой справа, а другой с ручкой слева, но во всех случаях клапан открывается поворотом ручки против часовой стрелки и закрывается поворотом ее по часовой стрелке. Это соглашение применяется почти ко всем клапанам для любых целей. Левые и правые клапаны с боковым шпинделем используются водолазами с боковым монтажом. Они могут быть заглушенными клапанами коллектора или специально изготовленными для этой цели. [29] [30]
Клапаны, которые могут быть собраны как одно- или двухвыходные клапаны, или как парные клапаны коллекторной системы, известны как модульные клапаны. Они, как правило, доступны как левые и правые клапаны, со вторым неклапанным выходом, в который можно ввинтить заглушку, второй клапан или конец простого или изолирующего коллектора. Вторичный выход для одной стороны может иметь левую резьбу, обычно обозначенную канавкой вокруг шестигранника гайки, поскольку коллекторы обычно имеют некоторую регулировку межосевого расстояния путем вращения коллектора вокруг его оси, что будет ввинчивать его в оба клапана или вывинчивать из них одновременно. Это делает необходимым наличие соответствующей резьбы на заглушках или вторичных клапанах. [31] [32] [33]
Компания Poseidon представила более сложную модульную систему клапанов, в которой из набора стандартизированных деталей можно было собрать самые разные конфигурации.
Некоторые национальные стандарты требуют, чтобы клапан баллона включал разрывную мембрану , устройство сброса давления, которое выпустит газ до того, как баллон выйдет из строя в случае избыточного давления. [1] Если разрывная мембрана разорвется во время погружения, все содержимое баллона будет потеряно за очень короткое время. Риск того, что это произойдет с правильно рассчитанной мембраной, в хорошем состоянии, на правильно заполненном баллоне, очень низок. Защита разрывной мембраны от избыточного давления указана в стандарте CGA S1.1. Стандарт для устройств сброса давления. [5] Давление разрыва разрывной мембраны обычно оценивается в 85% - 100% от испытательного давления. [11]
Дополнительные компоненты для удобства, защиты или других функций, не требующиеся напрямую для функционирования в качестве клапана.
Коллектор цилиндров — это трубка, которая соединяет два цилиндра вместе, так что содержимое обоих может быть подано в один или несколько регуляторов. [26] [34] : 164, 165 Существует три обычно используемых конфигурации коллектора. Самый старый тип — это трубка с соединителем на каждом конце, который прикреплен к выходу клапана цилиндра, и выходное соединение в середине, к которому прикреплен регулятор. Разновидность этой модели включает резервный клапан на выходном соединителе. Цилиндры изолированы от коллектора, когда они закрыты, и коллектор можно присоединять или отсоединять, пока цилиндры находятся под давлением. [34] [6]
Совсем недавно появились коллекторы, которые соединяют баллоны со стороны клапана, оставляя выходное соединение клапана баллона доступным для подключения регулятора. Это означает, что соединение не может быть установлено или разорвано, пока баллоны находятся под давлением, поскольку нет клапана, изолирующего коллектор от внутренней части баллона. Это очевидное неудобство позволяет подключать регулятор к каждому баллону и изолировать его от внутреннего давления независимо, что позволяет изолировать неисправный регулятор на одном баллоне, при этом позволяя регулятору на другом баллоне иметь доступ ко всему газу в обоих баллонах. [34] Эти коллекторы могут быть простыми или могут включать в себя изолирующий клапан в коллекторе, который позволяет изолировать содержимое баллонов друг от друга. Это позволяет изолировать и обезопасить содержимое одного баллона для водолаза, если утечка на резьбе горловины баллона, соединении коллектора или разрывной мембране на другом баллоне приведет к потере его содержимого. [34] Относительно необычная система коллектора представляет собой соединение, которое ввинчивается непосредственно в резьбу горловины обоих цилиндров и имеет один клапан для выпуска газа в разъем для регулятора. Эти коллекторы могут включать резервный клапан, либо в главном клапане, либо в одном цилиндре. Эта система в основном представляет исторический интерес. [6]
Также известная как коллекторная клетка или клетка регулятора, это конструкция, которая может быть закреплена на горловине цилиндра или коллекторных цилиндров для защиты клапанов и первых ступеней регулятора от ударов и абразивного повреждения во время использования [34] : 166 и от перекатывания клапана в закрытом состоянии из-за трения маховика о верхнюю часть. Клапанная клетка часто изготавливается из нержавеющей стали, [34] и некоторые конструкции могут цепляться за препятствия и линии.
Пластиковые крышки удерживаются над отверстием трением или ввинчиваются в гнездо клапана DIN, чтобы предотвратить попадание пыли и брызг в отверстие. Они, как правило, не надежны на 100%, и считается благоразумным слегка приоткрыть клапан, чтобы выдуть любые загрязнения перед подключением к заливному шлангу или регулятору.
Удлинитель ручки клапана (рычаг-удлинитель) представляет собой довольно длинное гибкое удлинительное устройство для штока клапана, позволяющее водолазу открывать и закрывать клапан, если он находится в таком положении, что водолаз не может до него дотянуться.
Стандарты, касающиеся спецификаций и производства клапанов баллонов, включают ISO 10297 и стандарт CGA V-9 для клапанов газовых баллонов, [5] оба из которых определяют конструкцию, испытания и маркировку клапанов баллонов, которые должны устанавливаться в качестве затворов для многоразовых транспортируемых газовых баллонов. [35] 8-е издание CGA V-9 приводит его в соответствие с ISO 10297. [36]
